MATRICE DE BUTLER À POLARISATION CIRCULAIRE

MATRICE DE BUTLER À POLARISATION CIRCULAIRE

Ces dernières années ont été le témoin d’une évolution sans précédent du marché de télécommunication. Ce développement est lié à la nécessité constante d’améliorer la qualité d’information. Le problème que se provoque le milieu souterrain pour les communications sans fil, est lié au fait que les tunnels de la mine constituent un milieu confiné, non homogène, défavorable pour la propagation des ondes électromagnétiques, et caractérisé par la rugosité du canal. Tout ceci entraîne, fatalement, des diffractions et des réflexions multiples qui affectent considérablement les ondes propagées en introduisant des évanouissements profonds causés par des trajets multiples. Ce phénomène est, généralement, le résultat de la superposition et la combinaison constructive et destructive des trajets multiples, ce qui introduit des perturbations du signal reçu, ce qui pourrait génère des erreurs dans la transmission [ 4]. Ceci détériore, considérablement, la qualité de transmission. Pour éviter ce problème, l’utilisation des antennes intelligentes pourraient être une alternative aux antennes conventionnelles. En effet, ça offre la possibilité de balayer le faisceau d’une antenne, sans avoir recours à un quelconque mécanisme de rotation. En outre, le
système d’antenne intelligent permet d’assurer une vaste couverture et de suivre les déplacements d’un utilisateur à l’intérieur d’une même cellule en minimisant le bruit et les interférences. L’un des systèmes intelligents (à faisceaux commutés) le plus connu est la matrice Butler .
Dans ce chapitre, nous présentons la méthodologie pour concevoir une nouvelle matrice de Butler à polarisation circulaire. Les composants conventionnels de cette matrice, à savoir, le coupleur (3-dB, 90°) et les déphaseurs, seront présentés et discutés, ainsi que leur assemblage avec des réseaux d’antennes à polarisation circulaire. Ceci a pour but de proposer un système à commutation de faisceau et à polarisation circulaire ayant une structure simple, facile à réaliser et à faible coût.
Des exemples de matrice de Butler à polarisation circulaire ont été introduits dans . Il a été rapporté que le choix de la méthode à utiliser pour obtenir la polarisation circulaire dépend du type d’antenne visée, qui est soit à large bande ou à bande étroite. Pour finir, nous analysons ces résultats afin de pouvoir mettre en évidence les atouts et les lacunes des structures étudiées.
Nous choisissons la polarisation circulaire pour les raisons suivantes :
Le rayonnement des antennes en polarisation circulaire permet de supprimer l’effet des multi-trajets et de réflexion d’ondes provoqués par les surfaces du sol.
– Elles minimisent les coûts d’installation du terminal « utilisateur » car l’alignement de la direction de polarisation n’est pas nécessaire pour la polarisation circulaire.

 Description

Jesse Butler a proposé pour la première fois le concept de la matrice de Butler dans les années 1960 [3]. Ces matrices font partie des systèmes pouvant produire des faisceaux orthogonaux. Elles sont constituées de N ports d’entrée et N ports de sortie qui pilotent N éléments rayonnants où tous les chemins entre les ports de sortie et les ports d’entrée sont égaux.
La matrice de Butler est un circuit passif réciproque et symétrique produisant N faisceaux différents, composée de jonctions qui connectent les ports d’entrée aux ports de sortie par des lignes de transmission. L’alimentation du port d’entrée produit un gradient de phase fixe entre les ports de sortie. Chaque déphasage produit une déviation du faisceau par rapport à l’axe perpendiculaire au réseau. Ainsi, chaque port d’entrée peut créer un faisceau dans une direction différente des autres ports (N faisceaux peuvent ainsi être créé) [ 19]. La structure de la matrice de Butler et son
standard sont présentés dans la Figure 2.1. À partir d’un réseau de N éléments, la matrice de Butler permet de créer au maximum N pointages différents. Le nombre d’éléments du réseau est une puissance de 2 (N=2n). La puissance n est égale au nombre d’étages de division de puissance dans la matrice de Butler. En outre, le dernier étage, composé uniquement de coupleurs, permet d’exciter les éléments rayonnants. Puisque chaque coupleur possède 2 sorties découplées, le nombre de coupleurs sur cet étage est, donc, de N/2.

 Composants intrinsèques de la matrice de Butler conventionnelle

La matrice de Butler est constituée de trois dispositifs hyperfréquences : les coupleurs hybrides 3dB, les déphaseurs et les croisements.

Coupleur hybride (3dB, 90°) :

Les coupleurs sont des circuits passifs à quatre ports symétriques, qm permettent d’envoyer la moitié de la puissance d’entrée sur chacun des deux ports de sortie en quadrature de phase. Ce déphasage est dû au tronçon de ligne de longueur quart d’onde (A/4) entre les ports de sortie.
Il existe deux types de coupleurs hybrides à savoir : Le coupleur hybride 180° qui dispose d’un port couplé et d’un autre de transmission en opposition de phase (180°).Par contre, le coupleur hybride 90° possède un déphasage de 90° entre le port couplé et le port direct [4]. Le coupleur 90° est le plus utilisé dans la conception des matrices de Butler .Sur la Figure 2.2, on constate qu’il y a deux différents tronçons de ligne quart d’onde qui forment la structure du coupleur entre les ports 1 et 4, et entre les ports 2 et 3. Nous avons une ligne quart d’onde d’impédance caractéristique Zo équivalente à celle des ports d’entrées et de sorties du coupleur. Par contre, entre les ports 1 et 2 et entre les ports 3 et 4, nous avons une ligne quart d’onde d’impédance caractéristique Zo 1…;2 pour obtenir un couplage de 3 dB.

Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
ABSTRACT
CHAPITRE 1. INTRODUCTION
1.1 Motivation
1.2 Problématique
1.3 Objectifs
1.4 Contributions
1.5 Plan de la thèse
CHAPITRE 2. MATRICE DE BUTLER À POLARISATION CIRCULAIRE
2 .1Introduction
2.2 Description
2. 3 Composants intrinsèques de la matrice de Butler conventionnelle
2.3.1 Coupleur hybride (3dB, 90°)
2.3.2 Croisement
2.3.3 Les déphaseurs
2.5 Antenne à Polarisation circulaires :
2.5.1 Conception de la matrice de Butler à polarisation circulaire
2.5.2 Etat de l’art
2.5.3 Méthodologie de conception
2.5.4Conception du coupleur :
2.5.5Antenne à polarisation circulaire
Matrice de Butler à polarisation circulaire
Conclusion
CHAPITRE 3. ANTENNES YAGI-YUDA RECONFIGURABLES
Introduction
Définition
Antenne reconfigurable
Avantages et inconvénients des antennes reconfigurables
Etat de l’art
Antennes Reconfigurables En Fréquence (Large Bande 1 Bande Etroite)
Introduction
Conception
Première approche : ULB vers trois sous bandes
Deuxième approche: Bande ULB vers cinq sous-bandes
3.8 Troisième approche ULB vers 3 sous bande avec différentes largeurs de bande
3.9 Conclusions
CHAPITRE 4. CONCEPTION DES CROISEMENTS ET DIVISEURS DE PŒSSANCE ULB EN TECHNOLOGIE MULTICOUCHE
4.1 Introduction
4. 2 Diviseur de puissance
4.2.1 Les différents types de diviseurs de puissance
4. 3 Etat de l’art
4.4 Topologie du nouveau diviseur de puissance
4. 5 Circuit du Croissement.
4.6 Etat de l’art
4.7 Structure proposée
4.8 Etude théorique
4.9 Conclusion
CHAPITRE 5. CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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