Chapitre IV : Neutralisation du couplage entre antennes très proches
3. Validation de la méthode avec un autre type d’antenne
Afin de réduire l’encombrement de l’antenne, nous avons changé le type de l’antenne du milieu par un monopôle imprimé en T. Cela va nous permettre aussi de valider la méthode avec un autre type d’antenne.
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3.1 Validation expérimentale
L'approche proposée a été validée expérimentalement sur le système d'antenne présenté Figure IV.15. Les deux monopôles repliés sont toujours alimentés par un seul port. Un nouvel élément est inséré au milieu de la structure, alimenté par le second port n°2 et optimisé pour rayonner dans la même bande de fréquence. C’est un monopôle imprimé en forme de T. Cette géométrie permet à la fois de réduire la dimension verticale du monopôle précédent et de maintenir la symétrie axiale. Son introduction permet de former à nouveau un système d’antennes à deux ports.
(a) (b)
Figure IV. 15 : (a) Nouvelle structure antennaire avec un nouvel élément en T au milieu (b) Prototype réalisé
3.2 Résultats et discussion
Les nouveaux paramètres S simulés et mesurés sont présentés sur la Figure IV.16.
En ajustant la longueur de la ligne de transmission, et donc le déphasage on peut agir sur le couplage et changer par conséquent le niveau d’isolation. Lorsque ce dernier est à 180 °, on atteint un très bon niveau d'isolation autour de 70 dB près de la fréquence centrale à 0,83 GHz en simulation et également autour de 70 dB à 0,81 GHz en mesure.
(a) (b)
Figure IV. 16 : Paramètres S (a) Simulés et (b) Mesurés de la nouvelle structure
Comme nous pouvons le constater à la fois en simulation et en mesure, les deux nouveaux ports, et par conséquent les deux antennes, sont maintenant fortement découplées.
Les paramètres |Sij| indiquent une bonne valeur d’isolation d'environ 70 dB au centre de la bande de
fonctionnement. Comparé au système d'antenne initial, nous avons obtenu une amélioration de l'isolation de plus de 64 dB.
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Si nous comparons nos résultats avec ceux mentionnés en introduction, nous pouvons estimer que ceux- ci sont bons si l'on ramène la dimension de la structure à la fréquence de fonctionnement. Certains résultats issus de l’étude bibliographique ont eu des niveaux d'isolation plus faibles que ceux présentés dans cette partie, et ceci, pour des fréquences de fonctionnement qui étaient même plus élevées que 0,8 GHz.
Par exemple dans [2], les auteurs ont utilisé une méthode peu simple en combinant des circuits d'annulation de bruit et d’interférences, pour obtenir à la fin environ 60 dB de réduction. La méthode de [3] a permis d'obtenir seulement 45 dB d'isolation sur 45 MHz. Les auteurs en [4] obtiennent un bon niveau d’isolation autour de 70 dB à travers la bande passante de 13 MHz, mais pour des structures à dimensions plus grandes (1,56λ×1,3λ×021λ) à 2,6 GHz. Dans notre cas, nous obtenons le même niveau d'isolation mais pour une fréquence beaucoup plus basse 0,81 GHz et une dimension de structure plus petite (0,51λ×0,22λ).
Les auteurs dans [5] et [6]obtiennent respectivement une isolation de 40 dB et 15 dB pour les bandes DCS1800 et UMTS. En référence [7], la meilleure mesure d'isolation est obtenue à 2,44 GHz mais n’atteint qu’un niveau de seulement 30 dB.
3.3 Rayonnement du système
(a) (b)
Figure IV. 17 : Diagrammes de rayonnement en gain de l’antenne à 0,83 GHz (a) Port n°1 (b) Port n°2
Les gains réalisés (Figure IV.17) à la fréquence d’adaptation 0,83 GHz sont de 1,93 dB et 0,6 dB respectivement pour le port n°1 (les deux monopôles regroupés ensemble) et le port n°2 (le monopôle en T).
3.4 Efficacité totale
Nous avons vérifié l’efficacité de ce système avec le monopôle imprimé en T au lieu du monopôle droit et les résultats obtenus sont mentionnés sur la figure suivante.
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Figure IV. 18 : Efficacités totales simulées des deux accès
D’après la Figure IV.18, nous obtenons toujours dans la bande de fonctionnement, un bon niveau d’efficacité totale qui est supérieure à 98% pour le port n°1 c.-à-d. le port regroupant les deux monopôles en L. L’efficacité reste toujours également plus faible pour le port n°2 alimentant le monopôle imprimé en T de l’ordre de 65%, mais plutôt autour de 1,1 GHz. Au milieu de notre bande elle n’atteint que les 50%.
L’efficacité de l’élément en T est donc plus faible que dans le cas précédent du monopôle droit. Nous constatons alors que la nature du monopôle du milieu joue un rôle important sur l’efficacité et le rayonnement du système. Dans le cas du monopôle imprimé, coincé entre les deux autres éléments, il perd son efficacité (65% au lieu de 75%) alors que dans le cas du monopôle droit elle est de 75%.
Pour améliorer ce niveau d’efficacité, nous avons essayé de simuler la même structure mais en utilisant un substrat (FR4_loss free) c.-à-d. avec une tangente de perte = 0 au lieu de 0,025 du cas initial. Dans les résultats (Figure IV.19), certes nous voyons qu’il y’a une légère amélioration pour le substrat sans pertes, mais cette variation n’est vraiment pas significative surtout concernant le port n°2 qui nous intéresse.
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3.5 Gain en diversité et enveloppe de corrélation
Nous avons simulé les paramètres de gain en diversité (DG) et aussi l’enveloppe de corrélation (ECC) en les calculant avec deux méthodes c.-à-d. avec la formule utilisant les diagrammes de rayonnement et aussi à partir des paramètres S (voir les deux formules en chapitre I).
Figure IV. 20 : Comparaison des résultats en diversité calculés à partir des diagrammes de rayonnement ou des
paramètres S
D’après la Figure IV.20, nous observons tout au long de la bande une similitude entre la courbe issue du calcul à partir des paramètres S et celle obtenue à partir des diagrammes de rayonnement sauf au début des courbes aux fréquences basses entre 500 et 600 MHz. Ceci est lié aux petits soucis de simulation encore à régler comme le critère de l’énergie résiduelle dans la boite de calcul qui contribue à l’erreur de calcul en basse fréquence. Nous observons également que les valeurs obtenues d’enveloppe de corrélation sont très inférieures à 0,5 sur toute la bande. Le gain de diversité qui dépend d’une façon importante de cette enveloppe de corrélation est par conséquent élevé et il est autour de 10 dB.
3.6 Conclusion
Dans cette partie, une technique pour découpler des antennes étroitement espacées a été proposée. Elle a été appliquée à deux monopôles repliés et imprimés sur substrat couvrant la bande LTE (700-900 MHz). Deux types d'antennes différents ont été insérés au centre de la structure en tant que troisième élément. De très bons niveaux de découplage et donc une forte isolation entre antennes ont pu être obtenus aussi bien en simulation qu’en mesure. Le premier était un monopôle droit qui fournit une isolation de 50 dB. Le second était un élément en forme de T imprimé qui fournissait 70 dB d'isolation entre les deux ports, à la fréquence centrale de 0,81 GHz. Par rapport au système d'antenne d'origine, une amélioration de l'isolation de plus de 64 dB (pour le cas b) a été obtenue. Le nouveau concept de découplage entre éléments rayonnants que nous avons présenté a été validé avec deux types différents d’antennes.
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