Etude et conception d’antennes ultra large bande miniaturisees en impulsionnel

La Technologie Ultra Large Bande

Généralités sur l’Ultra Large Bande

Histoire et définition

Durant les 3 dernières décennies, pour faire face à l’encombrement des bandes de fréquences utilisées pour la transmission d’informations, on a essentiellement cherché à réduire la largeur de bande nécessaire pour transmettre ces informations avec un taux d’erreurs acceptable. Ce n’est que récemment – une dizaine d’années – que le concept d’ultra large bande a retrouvé un intérêt principalement suscité par le développement des transmissions à courte distance. Si le terme « ultra large bande » est relativement récent – une dizaine d’années- le concept lui même est par contre bien plus ancien:

➤ La grande majorité des techniques de transmission actuelles utilisent des modulations avec porteuses (bluetooth, …). Dès la fin du 19ème siècle, Heinrich Hertz – avait eu l’idée d’utiliser des décharges électriques pour produire des ondes électromagnétiques. C’était la base de la technique Ultra large bande
➤ Dans les années 60, Ross et Bennett [1] étudient pour la première fois la propagation d’ondes électromagnétiques d’un point de vue temporel plutôt que d’un point de vue fréquentiel. Dans leur publication, apparaissent pour la première fois, des applications liées à cette nouvelle technique : les communications et les radars
➤ Dans les années 1970-1994, la majorité des travaux vise à améliorer certains sous- systèmes de cette nouvelle technique. A cette époque, on lui donne plusieurs noms: technologie « sans porteuse », ou en « bande de base » ou encore technologie « impulsionnelle ». C’est en 1989 que le terme ultra large bande apparaît dans une publication du ministère de la Défense aux Etats-Unis. Les travaux concernant cette technologie sont effectués, pour la plupart, dans le cadre de programmes confidentiels américains (militaires)
➤ En 1994, la confidentialité des travaux liés à l’ultra large bande est levée: La recherche se développe de façon importante aussi bien dans l’industrie que dans les universités.
➤ En 2002, la FCC (Federal Communication Commission) [2], l’organisme de régulation des communications américain, réglemente l’Ultra large bande: Elle en donne une définition précise, et définit les niveaux de puissance maximale autorisés (- 41 dBm /MHz pour la bande haute) .

Comparaison système ULB / Système à bande étroite

Les caractéristiques de la technique ultra à large bande (ULB) diffèrent largement de celles des techniques classiques. En effet, cette technique transmet et reçoit des formes d’onde basées sur des impulsions de très courtes durées (1 ns) alors que les techniques conventionnelles envoient et reçoivent des formes d’onde sinusoïdales étalées dans le temps ayant de ce fait une densité spectrale de puissance beaucoup plus étroite que celle des signaux ULB.

Caractéristiques principales de l’Ultra Large Bande

Par rapport aux autres systèmes de transmission classique, l’ultra large bande dispose d’un certain nombre d’avantages remarquables:

Problème dû à la propagation par trajets multiples
L’évanouissement du signal dû à la propagation par trajets multiples peut sensiblement réduire l’efficacité des systèmes de communications classiques. Dans le cas des communications ultra large bande, le signal transmis possède une largeur de bande très importante, quelques GHz en pratique (dit de façon équivalente une résolution temporelle très fine) comme la fenêtre d’observation du récepteur est très étroite, les réflexions multiples arrivées avec un retard de l’ordre de la nanoseconde peuvent être additionnées pour donner un gain comparable à celui obtenu dans le cas d’une propagation par trajet unique et direct. Cette caractéristique permet à la technologie ULB d’être performante dans des environnements encombrés (en pleine rue par exemple) .

Communications protégées:
Les signaux ULB sont plus difficiles à détecter que les signaux de radiocommunications classiques car ils utilisent une grande largeur de bande et peuvent être produits sous forme de bruit. (DSP très faible). Les signaux ULB sont quasiment indétectables parce qu’ils peuvent être transmis avec un niveau de densité spectrale de puissance bien inférieure au bruit de fond des récepteurs classiques. Cette caractéristique, particulière à l’ultra large bande, permet à cette dernière de coexister avec les systèmes de communications classiques.

Simplicité relative des systèmes ULB:
Dans les systèmes de communications sans fils utilisant la technologie ULB, l’information en bande de base peut moduler directement les impulsions de courtes durées au lieu de moduler une onde sinusoïdale. L’architecture de l’émetteur et du récepteur ULB devient alors très simplifiée: les systèmes ne comportent ni synthétiseur à boucle à verrouillage de phase (PLL), ni mélangeur, ni oscillateur contrôlé par une tension (VCO) et encore moins un amplificateur de puissance. Toutes ces simplifications se traduisent par une réduction du coût des systèmes RF.

Inconvénients de l’Ultra Large Bande:
Un des inconvénients lié à l’utilisation de cette nouvelle technique de communication tient au fait que les fréquences utilisées sont déjà employées par d’autres systèmes, ce qui rend possible l’existence d’interférences.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
1 LA TECHNOLOGIE ULTRA LARGE BANDE
1.1 GENERALITES SUR L’ULTRA LARGE BANDE
1.1.1 Histoire et définition
1.1.2 Comparaison système ULB / Système à bande étroite
1.1.3 Caractéristiques principales de l’Ultra Large Bande
1.1.4 La réglementation de l’ULB
1.2 DIFFERENTS TYPES DE SIGNAUX ULB
1.2.1 Train d’impulsions pour les systèmes ULB
1.2.2 Systèmes ULB impulsionnels
1.2.3 Système ULB multi bande
1.2.4 Comparaison entre les deux types de systèmes ULB
1.3 DIFFERENTS TYPES D’APPLICATIONS DE L’ULTRA LARGE BANDE
1.3.1 Applications liées aux communications
1.3.2 Applications liées au radar
1.3.3 Localisations et suivi
2 CARACTERISATION DES ANTENNES ULTRA LARGE BANDE
2.1 CARACTERISTIQUES « CLASSIQUES « DES ANTENNES
2.1.1 Caractéristiques d’adaptation
2.1.2 Caractéristiques de rayonnement
2.1.3 Polarisation
2.2 ETUDE SPECIFIQUE POUR LES ANTENNES ULTRA LARGE BANDE
2.2.1 Problématique
2.2.2 Antennes ULB idéales
2.2.3 Généralités sur le problème de la distorsion pour les antennes ULB
3 ANTENNES ULTRA LARGE BANDE: ETAT DE L’ART
3.1 ANTENNES INDEPENDANTES DE LA FREQUENCE
3.1.1 Les antennes spirales
3.1.2 Antenne log-périodique
3.2 ANTENNES OMNIDIRECTIONNELLES
3.2.1 Antennes biconiques et ses dérivées
3.2.2 Dipôles/ monopoles électriques ultra large bande
3.3 ANTENNES DIRECTIVES
3.3.1 Cornet
3.3.2 Antenne à transition progressive (Vivaldi)
4 CONTEXTE DE L’ETUDE
4.1 CONTEXTE APPLICATIONS DE LA THESE
4.2 ANTENNES COURAMMENT UTILISEES SUR LA BANDE 0.1-2 GHZ
4.2.1 Les antennes avec couches résistives et/ ou capacitives
4.2.2 Les antennes monopoles large bandes
4.2.3 Les antennes à ondes progressives
4.3 CAHIER DES CHARGES
4.4 OBJECTIFS: CHOIX DES STRUCTURES A CONCEVOIR
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE