Synthèse de la méthodologie

Nous synthétisons ici les différentes étapes utilisées pour la conception de notre antenne patch en cavité avec résonateurs pour le découplage des polarisations plan E. Nous proposons d'abord une méthodologie générale ne tenant pas compte d'éventuelles limites de calculs. Nous présentons ensuite les simplifications qu'il nous a fallu effectuer dans ce processus de conception. Pour rappel, une modélisation de type FEM a été utilisée (logiciel HFSS de Ansoft).

4.5.1.Méthodologie générale

ƒ De la cellule unitaire HIS au résonateur :

Afin de concevoir un résonateur, nous proposons de partir de l'étude d'une cellule élémentaire. En calculant l'impédance de surface d'une cellule infiniment périodisée sous incidence normale, il est possible de rapidement ajuster sa fréquence de résonance en jouant sur les différents paramètres géométriques. Dans le cas d'une HIS double couche, il s'agit de la surface des patchs supérieurs et inférieurs en regard (effet capacitif) et du volume du substrat entre ces patchs et le plan de masse (effet inductif). Cette étape permet d'obtenir un premier dimensionnement de la cellule élémentaire avec un coût de calcul faible.

Une caractérisation en guide permet ensuite de dimensionner les capacités de couplage. Pour rappel, plus la capacité de couplage est forte, plus le comportement du résonateur est proche de celui de la cellule unitaire (même fréquence de résonance). La largeur finale du résonateur est ensuite ajustée à l'aide d'une caractérisation en guide en observant la fréquence de coupure à la transmission. Une autre technique consiste à observer l'atténuation des courants surfaciques sur le plan de masse derrière le résonateur lorsqu'une source de courant est placée en amont de ce dernier. Ces calculs se révèlent plus lourd puisqu'une moitié de résonateur doit être modélisée (utilisation d'un plan de symétrie du champ E). Ils permettent d'ajuster les dimensions des motifs imprimés pour que le résonateur opère à la fréquence souhaitée.

L'ensemble de ces étapes peut s'effectuer relativement rapidement – en quelques jours – car elles ne nécessitent pas une puissance de calcul excessive.

ƒ Du patch simple en cavité au patch en cavité environné de résonateurs : Pour finaliser la géométrie du patch environné de résonateurs nous proposons de procéder comme il suit. D'abord, il faut concevoir une antenne patch en cavité de référence alimentée par 2 sondes coaxiales en quadrature de phase sur un plan de masse infini.

Ensuite, une fois défini l'élément de référence, il est nécessaire de finaliser la conception du résonateur. Pour cela, les couplages entre deux antennes de référence sont étudiés lorsque le résonateur précédemment conçu est inséré entre ces deux antennes. Cette étude permet d'ajuster au mieux la fréquence à laquelle le résonateur opère un découplage, en

Une fois que les dimensions finales du résonateur sont ajustées, il est nécessaire d'optimiser le positionnement du point d'alimentation de l'antenne en présence des résonateurs. Le choix de l'emplacement de la sonde doit être fait à partir de la modélisation d'une antenne patch en cavité environnée par les résonateurs. Dans notre cas, le fait d'éloigner le point de contact de la sonde du centre du patch a permis d'obtenir une adaptation de l'antenne correcte.

Ainsi, la géométrie finale de l'antenne patch en cavité entourée de résonateurs est obtenue avec un coup calculatoire optimum. A terme, chaque étape pourra être réalisée avec des algorithmes d'optimisation. Il serait intéressant de voir si cette méthodologie valable dans notre cas peut s'étendre à la conception d'antenne avec divers résonateurs. Nous pourrons également nous poser la question lorsque nous chercherons à concevoir des antennes multifréquences environnées par des résonateurs plus complexes comme présenté dans la partie 1.1 (HIS multi fréquentielles de type spirale, motifs imbriqués, fractale…).

4.5.2.Méthodologie particulière adoptée

Dans notre cas, la conception du résonateur a pu être effectuée sur un PC doté de 3.6 Go de RAM en suivant le cadre général présenté précédemment. En revanche, pour l'intégration des résonateurs dans le réseau, la démarche proposée n'a pas été suivie, notre puissance de calcul nous contraignant à effectuer un certain nombre de simplifications. L'ensemble des étapes suivantes a été effectué avec un PC 64 bits doté de 16 Go de RAM.

Figure 112 : schéma de la configuration d'intérêt pour finaliser la conception du résonateur

Ainsi, dès l'étape de finalisation de la conception du résonateur il nous a fallu procéder à des simplifications. Les explications suivantes s'appuient sur la Figure 112 qui illustre la configuration d'intérêt. Pour cela, nous avons d'abord supposé que les deux polarisations linéaires des patchs étaient indépendantes. Les sondes excitant les polarisations plan H ont ainsi été supprimées. La structure modélisée possède alors un plan de symétrie du champ E, nous permettant de réduire les dimensions du problème 3D de moitié. A partir de cette modélisation, nous avons ajusté la fréquence à laquelle le résonateur opère un découplage. Cette étape à l'avantage de nécessiter la modélisation d'un résonateur et de deux antennes tous symétrisés (donc de deux demi antennes, d'un demi résonateur, et d'un demi espace libre).

Figure 113 : schéma de la configuration d'intérêt pour finaliser le positionnement des sondes

Pour déterminer le positionnement des sondes, l'hypothèse sur l'indépendance des polarisations linéaires a été conservée, nous permettant de nous abstenir de modéliser une moitié du problème (partie bleue de la Figure 113). Le calcul d'un demi patch et de deux résonateurs s'avérant trop coûteux et donc trop long pour une optimisation (de l'ordre de quelques jours), nous nous sommes intéressés au cas où seul le résonateur en bleu sur la figure 18 était présent. Nous avons alors constaté que l'adaptation du patch n'était pas perturbée. Nous avons décidé de ne pas le modéliser lors de l'optimisation du positionnement de la sonde. Le problème 3D modélisé intègre finalement un demi patch en cavité et deux demi résonateurs.

En procédant ainsi, nous avons optimisé le coût calculatoire requis pour la modélisation et donc minimisé les temps de simulations. De telles simplifications se sont avérées nécessaires dans notre cas.