Soutenance mémoire
Diagramme de rayonnement
Le diagramme de rayonnement d’une antenne est une représentation spatiale de la distribution de la puissance rayonnée par cette antenne en fonction de la direction. Il est généralement représenté en échelle logarithmique et en coordonnées sphériques dans le cas d’un diagramme de rayonnement en 3D. La représentation en 2D en utilisant les coordonnées polaires est également utilisée, et dans ce cas les deux plans de polarisation E et H sont considérés. En dehors du cas des antennes isotropes, la puissance rayonnée par une antenne n’est pas uniforme dans toutes les directions de l’espace. Il y a en général, une direction de rayonnement maximal autour de laquelle se trouve concentrée une grande partie de la puissance rayonnée, des directions de rayonnement secondaires autour desquelles se répartit la fraction de la puissance restante et des directions où la puissance rayonnée est presque nulle. Même si chaque antenne a son propre diagramme de rayonnement, ces diagrammes sont regroupés en trois catégories relatives à des formes typiques : isotrope , omnidirectionnel (rayonnement uniforme dans un plan donné) et directif (rayonnement concentré dans une direction donnée).
Homogénéité spatiale du champ en CR
Selon sa définition dans [33], l’homogénéité spatiale du champ est une mesure de la variabilité attendue d’une mesure en fonction de l’emplacement en CR. Numériquement, elle est égale à l’incertitude associée à la prédiction d’un paramètre donné, en un point donné de la chambre. Cette définition est basée sur un nombre infini de mesures du même paramètre prélevées à des endroits différents et indépendants de la CR en supposant une instrumentation parfaite. L’homogénéité du champ est une propriété intrinsèque à la CR et qui permet d’évaluer sa qualité de fonctionnement. Elle peut être évaluée à partir du calcul de l’écart type des valeurs maximales du champ normalisé par la racine carrée de la puissance moyenne d’entrée [17]. L’écart-type est directement lié aux incertitudes de mesure. Un écart type faible signifie qu’il y a un nombre suffisant de modes dans la CR et que le brasseur est suffisamment efficace pour interagir avec ces modes et fournir un champ statistiquement homogène. Dans [17], on précise bien qu’une CR est destinée à générer un environnement statistiquement uniforme en tous les emplacements du volume de travail défini. Le processus de mesure pour l’évaluation de l’homogénéité du champ en CR consiste à faire des mesures de champ (idéalement avec une sonde triaxiale) en 8 points situés aux sommets du volume de travail de la CR en considérant les trois composantes de champ. Le champ est considéré homogène lorsque cet écart type est inférieur à la limite de tolérance spécifiée [17], [34] (exemple : 3 dB à partir de 400 MHz). Un autre moyen pour évaluer l’homogénéité du champ en CR repose sur l’évaluation du coefficient de rétrodiffusion ’eb’ [35] expliqué en détails dans la prochaine section. Il existe plusieurs solutions pour améliorer l’homogénéité du champ en CR lorsque celle-ci est dégradée. Cela est possible grâce à l’amélioration des techniques de brassage de modes en CR (directement lié à l’augmentation du nombre d’échantillons indépendants en CR). Ceci est possible via l’amélioration de la géométrie du brasseur [36], de la chambre [37] ou en combinant différentes techniques de brassages.
Brassage de source
Le brassage de source consiste à déplacer ou à réorienter la source d’excitation et à appliquer ensuite la moyenne sur ces différents emplacements ou orientations. Comparé au brassage mécanique classique (avec le brasseur de modes), ce type de brassage est nettement moins encombrant et permet donc d’avoir un volume de travail plus important. Le brassage de source a été proposé pour la première fois par Y. Huang et D. J. Edwards en 1992 [74], où ils ont montré qu’il permet aussi la génération d’un champ homogène et isotrope dans la CR. Avec des avantages similaires à ceux fournis par le brassage mécanique, le brassage de source améliore la précision des mesures. Ceci a été aussi montré dans [75] où le brassage de source a amélioré la précision des résultats de mesure de l’efficacité d’antenne d’un facteur compris entre 4 et 6. Le brassage dit de plate-forme a été également suggéré pour la mesure de l’efficacité de rayonnement d’antenne [75]. Il vise à faire tourner l’AUT sur une plate-forme afin d’éviter le couplage direct avec l’antenne source [76]. Le brassage de plate-forme a été également utilisé avec succès pour la mesure du coefficient de réflexion d’antenne en CR [6]. Si les différentes sources en CR sont orientés d’une manière orthogonale les unes aux autres, différentes polarisations sont considérés et cette technique est donc appelée brassage de polarisation [77], [78]. Par ailleurs, dans [79] et [80], des métasurfaces sont utilisées pour générer de nouvelles configurations de champ en CR, les résultats obtenus montrent une amélioration de l’homogénéité du champ lorsque ces métasurfaces sont installés en CR. Dans cette section, on a présenté les principaux types de brassage appliqués au champ en CR. Le choix de l’un des types de brassage parmi d’autres n’est pas systématique. Dans [81], une multitude de choix de type de brassage ont été clairement présentés et illustrés. Dans [69], les différents types de brassage (brassage mécanique, fréquentiel et brassage de source et leurs combinaisons) ont été étudiés. [82] (lorsqu’en ajoute le brassage fréquentiel au brassage mécanique, le nombre d’échantillons décorrélés obtenu est le produit du nombre d’échantillons décorrélés obtenu dans le cas de chaque type de brassage), [78] (le brassage de polarisation a éliminé la différence de 8 % à 10 % entre la mesure de l’efficacité d’une même antenne conduite dans deux CRs différentes). Une solution qui permet donc d’exploiter les avantages de plusieurs techniques de brassage en même temps est de combiner ces dernières. Le travail présenté dans [69] compare les performances des types de brassage les plus communs appliqués dans la même CR. Ces comparaisons permettent de faire le choix de la technique de brassage la mieux adéquate selon les contraintes (dimensions de la CR, complexité du processus de brassage, temps de mesure…etc). Une combinaison de plusieurs types de brassage permet d’augmenter le nombre d’échantillons décorrélés.
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Table des matières
Introduction générale
Contexte et motivation
Objectifs
Organisation de la thèse
1 État de l’art sur la mesure de l’efficacité d’antenne en chambre réverbérante
1.1 Introduction
1.2 Antennes
1.2.1 Définition et caractéristiques
1.2.1.1 Coefficient de réflexion
1.2.1.2 Gain et directivité
1.2.1.3 Diagramme de rayonnement
1.2.1.4 Efficacité de rayonnement
1.2.1.5 Antennes électriquement petites
1.2.2 Techniques de mesure de l’efficacité d’antenne
1.2.2.1 Chambre anéchoïque
1.2.2.2 Wheeler cap
1.2.2.3 Chambre réverbérante
1.3 Généralités sur les chambres réverbérantes et leurs propriétés
1.3.1 Introduction
1.3.2 Propriétés statistiques des champs en CR idéale
1.3.2.1 Lois statistiques du champ électromagnétique
1.3.2.2 Homogénéité spatiale du champ en CR
1.3.2.3 Isotropie du champ en CR
1.3.3 Caractéristiques intrinsèques d’une CR réelle
1.3.3.1 LUF
1.3.3.2 Coefficient de rétro-diffusion eb
1.3.3.3 Facteur de qualité
1.3.3.4 Coefficient de corrélation et nombre d’échantillons décorrélés
1.3.3.5 Bande de cohérence
1.3.4 Techniques de brassage
1.3.4.1 Brassage mécanique
1.3.4.2 Brassage fréquentiel
1.3.4.3 Brassage de source
1.4 Techniques de mesure de l’efficacité d’antenne en CR
1.4.1 Méthodes avec antenne de référence
1.4.1.1 Méthode de substitution
1.4.1.2 Méthode du facteur de qualité
1.4.2 Méthodes sans antenne de référence
1.4.2.1 Approche avec une antenne de mesure
1.4.2.2 Approche avec deux antennes de mesure
1.4.2.3 Approche avec trois antennes de mesure
1.4.2.4 Conclusions et limitations
1.5 Caractérisation d’antenne sans contact
1.5.1 Introduction
1.5.2 Principe de la mesure par rétro-diffusion de l’antenne
1.5.3 Mesure en CA
1.5.4 Mesure en CR
1.6 Conclusion
2 Contributions originales aux mesures d’efficacité d’antenne existantes en CR
2.1 Introduction
2.2 Présentation de l’environnement de mesure et des antennes utilisées
2.2.1 Environnements de mesure
2.2.1.1 Chambre réverbérante de l’IETR
2.2.1.2 Chambre réverbérante de l’ESYCOM
2.2.2 Antennes de mesure
2.3 Comparaison entre deux méthodes d’estimation de l’efficacité d’antenne (méthodes avec deux antennes)
2.3.1 Technique de mesure avec antenne de référence
2.3.2 Technique de mesure sans antenne de référence
2.3.3 Configuration de mesure
2.3.4 Résultats et comparaison
2.4 Impact de composantes de champ non brassées sur l’estimation de l’efficacité d’antenne en CR
2.4.1 Nouvelle formulation des coefficients de réflexion et de transmission de l’antenne
2.4.2 Configuration de mesure
2.4.3 Résultats de mesure
2.4.3.1 Brassage avec l’antenne patch
2.4.3.2 Brassage avec l’antenne log-périodique
2.4.3.3 Brassage combiné de l’antenne patch et de l’antenne logpériodique
2.4.3.4 Comparaison entre les coefficients de réflexion des antennes dans les différents cas de brassage d’antenne
2.4.3.5 Comparaison entre les efficacités de rayonnement dans les différents cas de brassage d’antenne
2.5 Mesure à des fréquences basses (proches de la LUF)
2.5.1 Banc de mesure
2.5.2 Résultats de mesure
3 Caractérisation d’antenne sans contact en chambre réverbérante
3.1 Introduction
3.2 Caractérisation d’objets en CR
3.2.1 Surface équivalente d’absorption
3.2.2 Surface équivalente de diffusion
3.2.3 Cas particulier des antennes
3.3 Nouvelle méthode proposée
3.4 Validation expérimentale (CR ESYCOM)
3.4.1 Configuration de mesure
3.4.2 Résultats
3.4.3 Approximations appliquées sur le coefficient de réflexion
3.4.4 Effet du brassage
3.4.5 Etude de l’effet de la présence de plusieurs AUTs en CR sur le facteur de qualité
3.5 Validation expérimentale (CR Langevin)
3.5.1 Configuration de mesure
3.5.2 Mesure conventionnelle
3.5.3 Mesure sans contact
Conclusion générale
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