Soutenance mémoire
La prolifération et la diversité des standards de communications radio mobiles et sans-fils tels que: la norme GSM (Global System for Mobiles Communications) qui fonctionne dans la bande [880- 960] MHz, l’ UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) [1920-2170] MHz, le WLAN (Wireless Local Area Network) dans la bande de 2.4 GHz, ainsi que le WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) utilisant les bandes de 2.4, 3.5 et 5.8 GHz, ont créés un besoin pressant pour des antennes multifréquences et/ou large bandes permettant notamment d’assurer la compatibilité des différentes normes ou accéder à de nombreux services à partir du même appareil.
Pour pallier à cette problématique, certains chercheurs ont proposés des antennes compactes qui font généralement appel à certaines structures géométriques spécifiques, et c’est Ainsi que la technologie s’oriente vers de nouveaux types d’antennes qui assurent les fonctionnalités pour plusieurs applications en même temps, appelées antennes multi-bandes ou larges bandes. Depuis la création du concept fractal par son inventeur Benoît Mandelbrot dans la première édition de son livre en 1975 [1], de nombreuses études ont été menées autour de la géométrie fractale pour la conception des antennes multi-bandes.
GÉNÉRALITÉ SUR LES ANTENNES
Une antenne est un élément initial ou final d’une chaîne d’émission ou de réception. En émission elle est un conducteur qui transforme une énergie électrique en énergie de rayonnement électromagnétique. En réception elle traduit un rayonnement électromagnétique en courant électrique induit. La même antenne peut souvent être utilisée à la fois pour émettre ou capter selon qu’elle est alimentée ou non en courant. Donc, une antenne est un organe de transition entre un conducteur (circuit, guide d’onde) et un milieu de propagation. À l’émission, elle rayonne une onde électromagnétique et à la réception elle prélève de l’énergie de l’onde incidente ; sa fonction est ainsi réversible .
Chaque antenne est caractérisée par divers paramètres :
— Impédance d’entrée ;
— Directivité ;
— Gain ;
— Rendement de l’antenne ;
— Largeur de la bande passante ;
— Résistance de rayonnement ; …
Définition
Les systèmes de télécommunications utilisés permettant généralement l’échange d’informations dans différents milieux naturels, peuvent être décomposés en deux parties : une partie servant au traitement des signaux électriques contenant les informations à transmettre et une seconde partie permet la transformation de ces signaux électriques en ondes électromagnétique rayonnées dans l’espace. Cette dernière fonction est réalisée par des dispositifs appelés « antennes ».
Une antenne est un transducteur entre la ligne de transmission connectée à un générateur et le milieu où l’onde rayonne. Ainsi on peut définir une antenne en émission ou en réception selon son mode de fonctionnement [3]. Une antenne d’émission est un élément conducteur qui transforme une énergie électrique en énergie de rayonnement électromagnétique. Une antenne de réception traduit un rayonnement électromagnétique en courant électrique induit. La même antenne peut servir à recevoir ou à émettre si elle est alimentée en courant (réciprocité des antennes).
L’antenne a plusieurs rôles dont les principaux sont les suivants :
— permettre une adaptation correcte entre l’équipement radioélectrique et le milieu de propagation,
— assurer la transmission ou la réception de l’énergie dans des directions privilégiées,
— transmettre le plus fidèlement possible une information.
Par ailleurs, afin de décrire les caractéristiques et les performances des antennes, divers paramètres sont utilisés. Ces paramètres sont classés en deux groupes. Le premier groupe caractérise l’antenne comme un élément de circuit électrique ( Zin et S11) et le second groupe s’intéresse à ses propriétés de rayonnement, tel que le diagramme de rayonnement, la directivité et le gain.
Les Caractéristiques d’une antenne
Une antenne est caractérisée par différents paramètres qu’on peut classer soit en caractéristiques électriques soit en caractéristiques de rayonnement .
Caractéristiques électriques
Généralement ces paramètres électriques définissent l’antenne comme élément du circuit dans lequel elle est connectée. Ils permettent d’apprécier la charge apportée par l’antenne au circuit d’excitation et ainsi, de caractériser l’efficacité du transfert de puissance entre le système radioélectrique et le milieu de propagation.
Rapport d’onde stationnaire
Les lignes de transmission permettent aux ondes électromagnétiques de se propager dans les deux directions. Quand la source, la ligne de transmission et la charge ont toutes la même impédance, l’onde électromagnétique se propage de la source à la charge sans aucune perte du signal. Par contre, si la source n’a pas la même impédance par rapport aux autres éléments de la chaîne de transmission, une partie de l’onde sera réfléchie lorsqu’elle atteint la charge et renvoyée vers la source. Dans ce cas, les ondes incidents et réfléchies se superposent et engendrent une onde stationnaire.
Bande d’utilisation ou bande passante
La définition de la bande d’utilisation fait intervenir des notions très diverses. Elle peut être limitée par :
• Le Rapport d’Onde Stationnaire ROS maximal admissible (désadaptation de l’antenne par rapport aux systèmes d’émission et / ou de réception), par exemple ROS < 2.
• La variation du gain de l’antenne.
• La déformation du diagramme de rayonnement en fonction de la fréquence.
La bande passante d’une antenne est donc le domaine de fréquences pour lesquelles l’antenne fonctionne d’une façon satisfaisante, c’est-à-dire que cette bande dépend des conditions requises pour la transmission. La bande passante peut aussi se définir via la notion de diminution à 3 dB de la puissance soit 0.7 fois la valeur de la tension induite dans l’antenne.
On distingue deux types d’antennes celles à large bande et celles à bandes étroites. Une antenne est qualifiée de large bande si le rapport entre les fréquences, bornes de la bande passante, vaut l’octave ou plus ; c’est le cas des antennes à ouverture. Pour les antennes à faible bande passante, la largeur de la bande se mesure en pourcentage par rapport à la fréquence centrale (entre 10 à 20%) : antennes rayonnants résonnants (comme les dipôles, …). Une antenne ressemble donc à un filtre passe-bande dans son fonctionnement.
Gain et directivité
Le gain de puissance d’une antenne se définit comme le rapport entre la puissance rayonnée par une unité d’angle solide afin de créer une certaine intensité de champ à un certain point, et la puissance qui serait rayonnée par une source isotrope alimentée avec la même puissance électrique totale Pt pour développer la même intensité de champ à la même distance. Cette définition établit un rapport entre une énergie rayonnante et une énergie électrique et tient compte des pertes ohmiques de l’antenne. En raisonnant côté récepteur, c’est le rapport entre la puissance captée par l’antenne à la distance D d’une source quelconque, et celle que capterait une antenne isotrope à la même distance (en espace libre).
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 GÉNÉRALITÉ SUR LES ANTENNES
1.1 Introduction
1.2 Définition
1.3 Les Caractéristiques d’une antenne
1.3.1 Caractéristiques électriques
1.3.2 Caractéristiques de rayonnement
1.4 Les antennes multibandes
1.4.1 Définition
1.4.2 Nécessitée
1.4.3 Les techniques utilisées pour obtenir des antennes multi-bandes
1.5 Les antennes indépendantes de la fréquence
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 GÉOMÉTRIE FRACTALE
2.1 Introduction et historique
2.2 Définition des fractals
2.3 Descripteurs fractals usuels
2.3.1 Dimension fractale
2.3.2 Lacunarité d’un objet fractal
2.3.3 Propriété géométrique ‘Un périmètre infini avec une surface limitée’
2.3.4 L’autosimilarité
2.4 Fractale et pré-fractale
2.5 Construction des fractales
2.5.1 Présentation de l’algorithme ‘’L-SYSTEMS’’
2.5.2 Illustration fractale par le système de fonctions itératives
2.6 Les différentes formes fractales
2.6.1 Les courbes fractales
2.6.2 Les surfaces fractales
2.6.3 Les volumes fractals
2.6.4 Fractal et la nature
2.7 Applications de la géométrie fractale
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3 ANTENNES FRACTALES ET SIMULATION
3.1 Antennes fractales
3.1.1 Introduction
3.1.2 Définition et historique
3.1.3 Choix de la structure dont la géométrie est fractale
3.1.4 Propriétés des structures fractales
3.1.5 Principaux avantages et inconvénients
3.1.6 Différents types d’antennes fractales
3.1.7 Conclusion
3.2 Simulation et résultats
3.2.1 Introduction
3.2.2 Description de la simulation
3.2.3 Outils de simulation
3.2.4 But de la simulation
3.2.5 Analyse des résultats de la simulation
3.2.6 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
ANNEXES
