Analyse numérique avec Microwave Studio de CST

Analyse numérique avec Microwave Studio de CST

Introduction générale

Depuis le début des années 1990, une technologie particulièrement novatrice se développe l’Ultra Large Bande (ULB). Son principe consiste à générer une impulsion électromagnétique de très courte durée, inférieure ou égale à la nanoseconde, d’allure temporelle maitrisée, et couvrant une très large bande de fréquences, de plusieurs Gigahertz.La conception d’antennes pour une utilisation en imagerie micro-onde représente un important challenge pour cette nouvelle technologie ULB. Elles doivent présenter des caractéristiques dictées par la nature de cette technologie en plus des habituels critères de qualité d’une antenne « classique » comme l’adaptation d’impédance, le rendement, et le rayonnement. Ainsi, l’antenne doit présenter un rendement optimal et des caractéristiques constantes sur une très large bande de fréquence mais conserver un coût limité. A cela s’ajoute bien entendu les problèmes d’intégration et donc le besoin de concevoir une structure d’encombrement minimal, sans toutefois détériorer ses performances.Ce mémoire de master est constitué de quatre chapitres, dont nous donnons une brève description dans les lignes suivantes : Le premier chapitre est consacré aux rappels théoriques sur les antennes imprimées. Nous présenterons la structure, le mécanisme de rayonnement et les différentes techniques d’alimentations de ces antennes.Le deuxième chapitre de ce mémoire est consacré à la présentation de la technologie ULB et rappellera tout d’abord sa définition, ses caractéristiques et quelques une des applications qui peuvent tirer avantage de ses performances. La deuxième partie de ce chapitre propose un état de l’art des diverses structures d’antennes ULB existantes. Il distinguera quatre catégories d’éléments rayonnants possédant des caractéristiques d’adaptation sur de très larges bandes de fréquences : les antennes indépendantes de fréquences, les antennes élémentaires, les antennes à transition progressive et les cornets. Chaque catégorie possède des caractéristiques qui lui sont propres.

Avantages des antennes imprimées :

Les avantages des antennes imprimées sont :
1. Faible poids.
2. Limitation du risque de panne.
3. Faibles coûts de fabrication, production en masse possible.
4. Polarisation linéaire et circulaire.
5. Antennes multi bandes, multi polarisations possibles.
6. Simples, Robustes.
7. non encombrants.

Inconvénients des antennes imprimées :

Les inconvénients des antennes imprimées sont :
1. Bande passante étroite,
2. Faible gain,
3. Faibles puissances (quelques dizaines de watts).
4. Rayonnement parasite de l’alimentation.
5. Circuit d’alimentation parfois très complexe.
Donc, la conception des antennes doit répondre à des compromis en termes de performances et de complexité de réalisation.

Alimentation couplée par fente (ouverture) :

Le couplage entre le patch et la ligne d’alimentation est assuré par une fente ou une ouverture dans le plan de masse. L’ouverture de couplage est habituellement centrée sous le patch. La quantité de couplage à partir de la ligne d’alimentation au patch est déterminée par la forme, la taille et l’emplacement de l’ouverture.Puisque le plan de masse sépare le patch et la ligne d’alimentation, le rayonnement parasite est minimisé. L’inconvénient de telle technique et sa complexité de fabrication. Cette complexité réside dans : l’ouverture dans le plan de masse, La réalisation de deux couches diélectriques.Elle reste tout de même utilisée pour certaines applications, car elle permet une amélioration de la bande passante qui peut aller jusqu’à 25%.

Élargissement de la bande des antennes imprimées :

Puisque la largeur de bande dépend de la dimension physique de la plaque, une façon de l’augmenter est d’agrandir les dimensions de l’antenne. Pour un seul élément, la dimension peut être augmentée en rendant l’antenne plus longue, plus large ou plus épaisse. La longueur de la plaque est dictée par l’exigence qu’elle soit résonnante. Elle peut être allongée seulement en décroissant la constante diélectrique du substrat, ce qui n’est pas souhaitable, car un substrat de grande constante diélectrique favorise l’excitation des ondes de surface. La largeur de la plaque peut être augmentée jusqu’à la limite d’une longueur d’onde dans le diélectrique, plus loin que ça, des modes de transmission d’ordres supérieurs peuvent être excités.La façon la plus facile pour augmenter la largeur de bande est d’utiliser des substrats épais. Une étude paramétrique a été effectuée pour analyser l’impact de cette variable sur la largeur de bande. La figure I.10 montre la largeur de bande en fonction du paramètre (h/λ0) pour différents substrats. À partir de ces résultats, on peut conclure que la largeur de bande de l’antenne plaque décroît quand le constant diélectrique εr croît, et elle augmente quand l’épaisseur du substrat augmente.L’augmentation de la largeur de bande peut être réalisée aussi par un choix approprié de la technique d’alimentation ou du réseau d’impédances d’adaptation. Plus précisément,d’autres méthodes, soit l’adaptation ou la technique d’alimentation ont été utilisées pour augmenter la bande passante d’une antenne imprimée.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : les antennes patch
I.1 Introduction
I.2 Définition d’une antenne imprimée
I.3 Choix de la technologie des antennes patchs
I.4 Avantages des antennes imprimées
I.5 Inconvénients des antennes imprimées
I.6 Divers types d’éléments rayonnants
I.7 Techniques d’alimentation
I.7.1 Alimentation par ligne micro ruban
I.7.2 Alimentation par sonde coaxiale
I.7.3 Alimentation couplée par fente (ouverture)
I.7.4 Alimentation couplée par proximité
I.8 Mécanisme de rayonnement
I.9 Élargissement de la bande des antennes imprimées
I.10 Conclusion
Chapitre II : La technologie Ultra Large Bande (ULB)
II.1 Introduction
II.2 La technologie ultra large bande
II.2.1 Définition de l’UWB
II.2.2 Caractéristiques de la technologie UWB
II.2.3 Différent types d’application de l’Ultra Large Bande
II.2.3.1 Systèmes d’imagerie radar
II.2.3.2 Systèmes radar de véhicule
II.2.3.3 Systèmes de communication :
II.3 Les antennes Ultra Large Bandes
II.3.1 Les antennes indépendantes de la fréquence
II.3.1.1 Les antennes spirales
II.3.2 Antennes élémentaires
II.3.2 .1 Antenne biconique
II.3.2 .2 Antenne discône
II.3.2 .3 Antenne papillon
II.3.2 .4 Antenne monopôle plans
II.3.3 Antennes à transition progressives
II.3.3.1 L’antenne teardrop
II.3.3.2 Le cornet coaxial omnidirectionnel
II.3.3.3 Les antennes à fente à transition progressive
II.4 Conclusion
Chapitre III : Outil de Simulation
III.1 Introduction
III.2 Analyse numérique avec Microwave Studio de CST
III.2.1 Construction du modèle numérique
III.3.2 Configuration du modèle
III.2.3 Simulation numérique et optimisation
III.3 Conclusion
Chapitre IV : Simulation
IV.1 Introduction
IV.2 Conception de l’antenne
IV.2.1 Choix du matériau
IV.2.2 Première antenne simulée
IV.2.3 Deuxième antenne simulée
IV.3 Présentation du modèle utilisé
IV.4 Antenne avec élément biologique
IV.5 Patch conformé
IV.6 Antenne conformée avec élément biologique:
IV.7 Réseau conformé
IV.8 Réseau conformé avec élément biologique
IV.9 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie