Techniques de couplage employées dans les antennes à résonateurs diélectrique

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Généralités sur les résonateurs diélectriques

Définition

Les résonateurs diélectriques sont des pastilles céramiques polycristallines nues ou métallisées, utilisées dans le domaine des hyperfréquences comme circuits résonants de base dans la réalisation, par exemple, de filtres, des oscillateurs etc… Utilisés comme filtres, ils permettent la sélection d’une bande de fréquence et peuvent servir au multiplexage des fréquences comme dans les stations de base de radiotéléphone, la séparation des voies d’émission et de réception etc. Et dans le cas des oscillateurs, l’utilisation d’un résonateur diélectrique (ou plus) permet une meilleure pureté spectrale et une stabilisation de la fréquence du signal généré.

Principe de fonctionnement

Le terme résonateur diélectrique est apparu en 1939 lorsque Richtmyer a montré que des objets diélectriques non métallisés pouvaient fonctionner en tant qu’éléments résonants aux hyperfréquences [1]. Plus tard, en 1953, Schlike a rapporté l’existence de matériaux de permittivité εr supérieure à 100 [2]. Au début des années soixante, Okaya et Barash ont étudiés la propagation et la distribution des modes d’ondes (TExyz et TMxyz) dans un barreau diélectrique [3,4].
Dans les premières configurations, les guides d’ondes représentaient des tubes métalliques rectangulaires de section 35 x 15mm, et les résonateurs étaient des cavités dont le volume dépendait de la fréquence de travail. Ces dimensions étaient donc relativement grandes pour des fréquences inférieures à 3 GHz. Le domaine des télécommunications s’étant beaucoup développé les dix dernières années, avec l’effort accompli dans la miniaturisation des composants passifs comme actifs. Les guides d’ondes métalliques ou classiques sont remplacés le plus souvent par des étroites bandes métalliques gravés sur un support diélectrique, et les volumineuses cavités métalliques par des pastilles diélectriques de de forte permittivité (20≤ or ≤40 dans le cas des oscillateurs). La Figure 1.1 montre le cas d’un résonateur diélectrique cylindrique positionné au voisinage du ruban conducteur d’une ligne microbande.

Les antennes à résonateurs diélectriques

La découverte en 1983 qu’un objet diélectrique non métallisé placé dans un environnement ouvert pouvait rayonner a dégagé la perspective d’un nouveau type d’antennes : les antennes à résonateurs diélectriques. Ce nouveau type d’antennes composé principalement de résonateurs de formes variées constitue une alternative intéressante aux antennes imprimés qui offrent une bande passante limitée et présentent des pertes dans le domaine des microondes.

Les avantages des Antennes à Résonateurs Diélectriques (ARD)

Le résonateur diélectrique en tant qu’élément rayonnant possède des avantages importants, parmi lesquelles on peut citer:
1. Efficacité de rayonnement : l’élément rayonnant n’étant pas métallisé, les pertes par conduction sont réduites. Il en résulte une plus grande efficacité de rayonnement.
2. Faible encombrement : la dimension d’un résonateur diélectrique est de l’ordre de , le choix d’une permittivité élevée permet une réduction significative des dimensions de l’antenne.
3. Excitation facile : Toutes les techniques d’alimentation d’antennes imprimées (alimentation par ligne microruban, couplage par fente, sonde coaxiale, guide d’onde coplanaire, etc.) sont utilisables pour exciter un résonateur diélectrique.
4. Variété de diagrammes de rayonnement : Selon les modes excités, différents diagrammes de rayonnement sont obtenus. On augmente ainsi le nombre d’applications. Les performances de diagramme de rayonnement et de directivité sont plus élevées en comparaison à ceux des antennes microrubans, fonctionnant sur les mêmes fréquences, que ce soit dans la gamme des ondes millimétrique [5] ou centimétriques.
5. Bande passante importante : Par rapport à l’antenne microruban, l’ARD à une bande passante beaucoup plus large (Figures 1.2 et 1.3). Par exemple, une antenne à résonateur diélectrique d’une constante diélectrique relative de ~ 10, a une bande passante avoisinant les 10% et une efficacité de rayonnement est de plus de 98%. Au cours de ces dernières années de nombreuses techniques ont été proposées pour augmenter plus la bande passante de l’ARD.
6. Simplicité de couplage : Par exemple, le couplage entre une ligne de transmission et un résonateur diélectrique peut être facilement contrôlé en faisant varier la position de ce dernier par rapport à la ligne. La performance de l’ARD peut être donc facilement optimisée expérimentalement.
7. De plus, sa large gamme de permittivité (de 10 à100) permet de contrôler facilement la taille et la bande passante de l’antenne.
Durant la dernière décennie et jusqu’à maintenant, les antennes à résonateurs diélectriques ont suscité une grande attention académique. Ce qui démontre l’orientation des recherches vers ce domaine. Nous pouvons voir les détails de cette évolution à travers la Figure 1.4 qui présente les nombres des articles dans les revues IEEE.

Différentes formes des ARD

Après les antennes à résonateurs diélectriques cylindriques [6], Long et ses collègues ont étudié les formes rectangulaires [7] et hémisphériques [8]. Ce travail a créé la fondation pour les futures recherches sur les ARD. Beaucoup d’autres formes, telles que triangulaire [9], sphérique [10], anneau cylindrique [11], et tétraèdre [12] ont également été étudiées. La liste des topologies des antennes ne semble pas être arrêtée, elle est entraînée par de nombre considérable de recherches effectuées dans ce domaine à travers le monde afin d’améliorer les caractéristiques des ARD. La Figure 1.5 présente les formes géométriques des résonateurs diélectriques commercialisés.

Techniques de couplage employées dans les antennes à résonateurs diélectriques

Le couplage électromagnétique entre la source (respectivement la charge) et le résonateur diélectrique peut se faire de plusieurs manières. On peut citer essentiellement le couplage avec une fente [13], une sonde coaxiale [14], une ligne microruban (ou microbande) [15] ou avec une ligne coplanaire [16]. Ces mécanismes de couplage peuvent avoir un impact important sur la fréquence de travail et la qualité de rayonnement. Nous reviendrons sur ces méthodes dans le deuxième chapitre.

Techniques d’amélioration de la bande passante

Les antennes à résonateurs diélectriques sont caractérisées par un coefficient de qualité important et par conséquent d’une bande passante étroite, ce qui explique que la majorité des études menés s’intéresse le plus souvent à l’élargissement de la bande passante.
Ces recherches ont commencés en 1990 lorsque Junker et al ont montré que de laisser un gap d’air entre le plan de masse et le résonateur diélectrique permet l’élargissement de la bande passante [17-18]. En effet, la présence du gap d’air permet de réduire le facteur de qualité (Q) du résonateur diélectrique et d’augmenter par conséquent la bande fréquentielle de fonctionnement. Plus tard, A. Ittipiboon a réussi à augmenter la bande passante par la conception d’une antenne à base d’un résonateur diélectrique rectangulaire évidé en son centre et excité par une fente rectangulaire [19]. Cette méthode a permis l’obtention d’une bande passante relative de 28%. Cette démarche a été motivée par le travail de M. Verplanken et al. [20], qui ont montré que le facteur de qualité de certains modes d’une antenne à résonateur diélectrique en forme d’anneau est inférieur à celui d’ARD cylindrique.
L’utilisation de deux résonateurs ou plus permet l’excitation de leurs modes fondamentaux résonants aux différentes fréquences, ce qui facilite la conception des antennes à résonateurs diélectriques multi-bandes et/ou larges bandes. En choisissant correctement la valeur de la permittivité et les dimensions du chaque résonateur diélectrique, les fréquences de résonance correspondant aux modes excités peuvent se rapprocher afin d’augmenter la bande passante. Kishk et al. ont montré qu’un résonateur diélectrique de faible permittivité empilé au-dessus d’un RD à permittivité plus élevée pourrait fournir une bande passante de 25 % [21,22]. D’autres modèles d’antennes à résonateurs diélectriques empilés ont été étudiés à 28 la fois expérimentalement et numériquement [23]. Une autre méthode étudiée dans [24,25] consiste à utiliser deux résonateurs diélectriques avec différentes valeurs de permittivité séparés par une plaque métallique du même taille que la surface du résonateur à permet d’obtenir une bande passante beaucoup plus large.
Pour simplifier les procédés ci-dessus et minimiser les contraintes de fabrication, les chercheurs ont eu recours par la suite à l’utilisation de structures simples. Ces dernières consistent à superposer plusieurs résonateurs diélectriques de même permittivité, sous la forme d’une pyramide inversée ou en escalier, L inversée, T et triangle équilatéral [26], [27], [28]. Une bande passante maximale de 40% est trouvée.
D’autres formes étudiées par la suite ont permet un élargissement important de la bande passante. On cite par exemples les formes elliptiques [29], Fractales [30], pyramidales [31], en U et en Z [32,33] et coniques [34]. Cependant, l’inconvénient de ces géométries c’est qu’ils présentent des dimensions importantes, en particulier en hauteur.
Par ailleurs, la modification de la géométrie d’alimentation (ou de dispositif du couplage) s’est avérée être une méthode intéressante pour améliorer l’adaptation et la bande passante de l’antenne. Luk et al. ont utilisé une plaque métallique verticale prolongeant la ligne microruban [38] ou la sonde coaxiale [39] d’excitation. Cette méthode a permis d’améliorer la bande passante dans les cas étudiés d’antennes à résonateurs diélectriques cylindriques et rectangulaires. En outre, il a été montré qu’on pouvait améliorer l’adaptation d’impédance. D’autres techniques d’alimentation, comme l’utilisation des microrubans en forme de L [40] et en forme de T [41], ont également été utilisées pour améliorer la bande passante de fonctionnement.

Antennes à résonateurs diélectriques multi-bandes

L’utilisation, de plus en plus croissante, des systèmes multistandards ne fait qu’augmenter l’intérêt des antennes multi-bandes. En effet, le fonctionnement en multi-bandes permet de réduire le nombre d’antennes embarquées en associant plusieurs applications sur une même antenne. Des nombreuses études sont faites sur les antennes à résonateurs diélectriques pour créer le fonctionnement en multi-bande. Le travail sur les résonateurs diélectriques superposés pour des applications large bande [42] était une conséquence de la conception des antennes à résonateurs diélectriques double bande en choisissant des dimensions de RDs différentes.
Récemment, une nouvelle technique de couplage par fente des antennes à résonateurs diélectriques hybrides est développée pour un fonctionnement multifréquences [43-46]. L’ajout d’un élément rayonnant supplémentaire gravé sur le plan de masse de la structure peut nous permettre aussi d’avoir un fonctionnement en double fréquence. Ce principe est mis en œuvre dans [47] où un résonateur diélectrique cylindrique et une fente sont alimentés ensemble par une autre fente circulaire permettant ainsi le rayonnement des deux aux résonances respectives. En fin, la possibilité d’excitation de deux modes (HEM111 et HEM113) à la fois dans un résonateur diélectrique cylindrique a permis aussi le fonctionnement en double bande [48].

Les ARD à polarisation circulaire

Pendant longtemps, les études sur les antennes à résonateurs diélectriques se sont limitées à un fonctionnement en polarisation linéaire, en raison de la nature de l’élément rayonnant (le résonateur diélectrique). Cependant, pour plusieurs systèmes communicants, l’utilisation de la polarisation circulaire est préférée car il est insensible aux orientations de l’émetteur et du récepteur.
La première antenne à résonateur diélectrique fonctionnant en polarisation circulaire (PC) a été présentée en 1985 par Haneishi et Takazawa [49]. Ces derniers ont proposé, par analogie avec les antennes patchs, une antenne constituée d’unrésonateur diélectrique de forme rectangulaire et dont deux des coins opposés ont été tronqués. Une dizaine d’années plus tard, Mongia et al [50] ont publié une nouvelle étude sur l’ARD à polarisation circulaire. La polarisation circulaire est obtenue par l’excitation de deux plans orthogonaux, de résonateur cylindrique, via un coupleur 3dB en quadrature. L’avantage de la méthode d’excitation en quadrature est d’avoir un rapport axial (AR) correct dans une large bande fréquentielle, avec tout fois l’inconvénient d’une augmentation sensible de la taille de l’antenne et/ou d’une complication de réseau d’alimentation.
Une antenne à résonateur diélectrique excité par une fente rectangulaire dont la position est inclinée de 45° par rapport à la ligne d’amenée pour produire la polarisation circulaire sur une bande relative de 3.4% est étudiée en [51]. Une autre fente en forme de croix a été utilisée pour produire la polarisation circulaire d’une antenne à résonateur diélectrique cylindrique sur 3.91% de la bande passante [52]. Enfin, une conception d’antenne avec alimentation à double bande conforme à celle de l’article [53] peut également produire de la polarisation circulaire et sur une large bande passante de 20%.
Une ARD cylindrique alimentée par une fente en forme d’anneau [54] a permis d’atteindre une bande relative, d’un rapport axial inférieur à 3 dB, de 3,4 %. Dans cette étude, une cavité de forme hémisphérique a été utilisée pour éviter le rayonnement arrière.
Une étude similaire à l’étude de l’article [51] est faite en [55] où une ligne microruban parasite est attachée en diagonale au sommet d’un résonateur diélectrique rectangulaire excitée par une fente. Cette méthode a été employée également pour un réseau d’antenne à résonateur diélectrique de quatre éléments. Dans l’article [58] une largeur de bande de 4.7% a été réalisée en utilisant une fente sous forme de croix pour le couplage d’un RD cylindrique. Récemment, les études ont portés sur la création de polarisation circulaire sur une large bande passante, comme le cas dans l’article [60] où un résonateur diélectrique en forme de trapèze a été excité par une fente inclinée de 45°. Encore un résonateur diélectrique cylindrique, excité par une spire de largeur fixe, a créé une polarisation circulaire sur une large bande passante [61]. Le but de notre étude est de produire une polarisation circulaire sur une plus large passante.

La miniaturisation des ARD

L’incroyable essor des télécommunications et les avancées dans le domaine de l’intégration des circuits radiofréquences ont conduit au cours des dernières années au développement rapide de multiples technologies sans-fil telles que wifi, Bluetooth, RFID, Wimax, téléphonie mobile où l’antenne joue un rôle important dans l’encombrement global et la qualité de transmission des données. Pour rendre ces systèmes plus compacts, la miniaturisation des systèmes antennaires est donc primordiale.
Outre l’utilisation des matériaux à haute permittivité, Mongia [62] a inséré un cylindre métallique au centre d’un RD cylindrique pour réduire la taille de l’antenne. Également la taille de l’ARD peut être réduite par l’utilisation d’une plaque de métal perpendiculaire au plan de masse conducteur [63, 64]. Une ARD demi cylindrique a été placée contre la plaque métallique verticale, de ce fait la taille de l’antenne à résonateur diélectrique a été réduite de moitié [65]. Le fait de déposer une couche diélectrique au-dessus du résonateur diélectrique d’une hauteur a permis de réduire la taille de l’antenne de 75% [66] malgré l’ajout d’un volume d’une hauteur de plus que .

Les paramètres fondamentaux des antennes

Dans cette partie, nous allons présenter les principaux paramètres fondamentaux des antennes. Nous allons nous intéresser aux paramètres de rayonnement et électriques.

Antennes à résonateurs diélectriques cylindriques

Les antennes à résonateurs diélectriques cylindriques (ARDC) sont les antennes les plus utilisées dans la pratique, car leur forme est beaucoup plus facile à usiner et donc moins coûteux par rapport aux autres formes. Une configuration répandue de l’ARDC est illustrée dans la Figure 2.2, où un cylindre diélectrique simple défini par une hauteur h, un rayon a et une permittivité diélectrique εr est déposé sur un plan de masse fini. Cette structure est équivalente, par application de la théorie des images, à un cylindre diélectrique isolé de permittivité εr, d’un rayon a et d’une hauteur 2h.

Nomenclature

Afin de pouvoir utiliser le résonateur diélectrique cylindrique, ou d’une autre forme, pour des applications antennaires et également en circuits hyperfréquences, il est nécessaire de connaître la nature de ses modes résonnants et leurs cartes de champs, et ce afin de déterminer la technique approprié d’excitation du mode (ou des modes) considéré(s), en vue d’obtenir une efficacité de rayonnement ou de transfert (cas de circuits) maximale. Il est aussi appréciable de connaitre la dépendance des paramètres géométriques et physiques du résonateur avec la fréquence de résonance.
Comme pour toutes cavités résonnantes, de nombreux modes peuvent être excités. Il en existe, dans notre cas d’étude, 3 catégories qui permettent d’obtenir différentes caractéristiques de rayonnement selon les applications souhaitées.
– Les modes transverses électriques (TE)
– Les modes transverses magnétiques (TM)
– Les modes hybrides (HEM)
Ces 3 familles possèdent un nombre infini de modes individuels. Leurs dénominations font intervenir trois entiers m, n et p définies comme suit.
 m (m = 0, 1, 2…) représente le nombre de variations azimutales du champ (selon).
 n (n = 0, 1, 2…) représente le nombre de variations radiales du champ (selon r).
 p (l = 0, 1, 2…) représente le nombre de variations longitudinales du champ (selon z) [69-70].
Le nombre de variation longitudinale étant rarement définissable par un entier, de faite que les parois du résonateur ne constituent pas des surfaces réfléchissantes parfaites, et donc un réel δ (tel que 0 < δ < 1) doit être ajouté en plus. . Par conséquent, le troisième indice dépend de la somme p + δ. Les modes sont ainsi nommés TEmnp+δ, TMmnp+δ et HEMmnp+δ.
On remarque que le mode TE et TM ne présentent pas de dépendance azimutale, le premier indice m est nul. Pour les modes transverses électriques, la composante Ez est nulle et pour les modes transverses magnétiques, c’est la composante Hz qui est nulle. En ce qui concerne les modes hybrides, les six composantes de champs sont non nulles. Les trois modes les plus employés pour les applications en rayonnement sont [70] : le mode TE01δ est le fondamental des modes TE, le mode TM01δ est le fondamental des modes TM et le HEM11δ le fondamental des modes hybrides.
Afin d’exciter correctement un mode dans le but d’obtenir une grande efficacité de rayonnement, la connaissance de la distribution des champs correspondants est indispensable.

Cartes des champs

Nous présentons ici le tracé des champs électriques et magnétique des modes fondamentaux, d’un résonateur isolé, dans le plan équatorial (plan perpendiculaire à l’axe du résonateur).

Le mode TE01δ

L’observation de ces deux cartographies montre que le mode TE01δ a trois composantes non nulles (Hz, Hr et E et que les lignes du champ magnétique sont contenues dans le plan méridien du RD (Figure 2.3 (a))., alors que celles du champ électrique constituent des cercles concentriques autour de l’axe des z (Figure 2.3 (b)). Le champ électrique est confiné majoritairement à l’intérieur du RD ce qui n’est pas le cas pour le champ magnétique [70,71].
Le mode TE01δ peut donc être assimiler à un dipôle magnétique de moment M parallèle à l’axe Oz du cylindre. C’est le mode le plus employé dans la conception des circuits hyperfréquences à base de résonateurs diélectriques (filtres, oscillateurs, etc.).

Le mode TM01δ

Pour le mode TM01δ, dont les cartes des champs sont illustrées dans la Figure 2.4, on observe, contrairement au mode TE01δ, que ce sont les lignes du champ électrique qui sont contenues dans le plan méridien du RD (Figure 2.4(b)) et que celles du champ magnétique constituent des cercles concentriques autour de l’axe des z (Figure 2.4(a)). Ce mode est constitué de trois composantes de champs non nulles (Ez, Er et Het caractérisé par une concentration élevée de l’énergie magnétique à l’intérieur du RD. Il peut donc être assimilé à un dipôle électrique vertical.
Le mode TM01δ résonne à des fréquences supérieures à celles du mode TE01δ.

Le mode HEM11

Les cartes de champs pour le mode hybride HEM11δ sont montées sur la Figure 2.5.
La distribution du champ électrique et celle du champ magnétique sont respectivement situées dans deux plans méridiens perpendiculaires. Le champ électrique est maximal dans le plan méridien ф = 90°. Quant au champ magnétique, il est maximal dans le plan méridien ф = 0° [70].

Fréquences de résonance

Il existe des expressions analytiques permettant de déterminer de manière approchée les fréquences de résonances des modes.

Le mode TE01δ

Le mode TE01δ présente une distribution de champ électromagnétique semblable à celle d’un dipôle magnétique situé le long de l’axe de rotation du cylindre. Ce mode offre donc, par analogie, un maximum de rayonnement dans le plan équatorial du résonateur cylindrique et un minimum suivant l’axe de rotation de ce dernier. La fréquence de résonance et le facteur de qualité Q de ce mode peuvent être calculés approximativement à partir de [70].

Le mode TM01δ

Le mode TM01δ offre un diagramme de rayonnement semblable à celui d’un dipôle électrique orienté le long de l’axe de rotation du cylindre. Il présente donc, un minimum dans l’axe de rotation et un maximum dans le plan perpendiculaire à cet axe. La fréquence de résonance et le facteur de qualité de rayonnement Q de ce mode peuvent être calculés par l’intermédiaire des équations (2.4) et (2.5) ci-dessous. La Figure 2.7 illustre la variation du en fonction du rapport pour différentes valeurs de permittivité (eps) [70].

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
1. CONTEXTE DE L’ETUDE ET ETAT DE L’ART
1.1. Contexte de l’étude
1.2. Les antennes à résonateur diélectrique
1.2.1. Introduction
1.2.2. Généralités sur les résonateurs diélectriques
1.2.2.1. Définition
1.2.2.2. Principe de fonctionnement
1.2.3. Les antennes à résonateurs diélectriques
1.2.3.1. Les avantages des Antennes à Résonateurs Diélectriques (ARD)
1.2.3.2. Différentes formes des ARD
1.2.3.3. Techniques de couplage employées dans les antennes à résonateurs diélectrique
1.2.3.4. Techniques d’amélioration de la bande passante
1.2.3.5. Antennes à résonateurs diélectriques multi-bandes
1.2.3.6. Les ARD à polarisation circulaire
1.2.3.7. La miniaturisation des ARD
1.3. Les paramètres fondamentaux des antennes
1.3.1. Impédance
1.3.2. L’adaptation
1.3.3. La bande passante
1.3.4. Le coefficient de qualité
1.3.5. Directivité
1.3.6. Gain
1.3.7. Angle d’ouverture d’une antenne
1.3.8. Efficacité de rayonnement
1.3.9. Diagramme de rayonnement
1.3.10. Polarisation
1.4. Outils de simulation et de mesures
1.4.1. La conception des antennes
1.4.2. La caractérisation expérimentale
1.4.2.1. Mesure du coefficient de réflexion
1.4.2.2. Mesure du gain
1.4.2.3. Mesure du diagramme de rayonnement
1.5. Conclusion
2. LES ANTENNES A RESONATEURS DIELECTRIQUES
2.1. Introduction
2.2. Antennes à résonateurs diélectriques cylindriques
2.2.1. Nomenclature
2.2.2. Cartes des champs
2.2.2.1. Le mode TE01δ
2.2.2.2. Le mode TM01δ
2.2.2.3. Le mode HEM11
2.2.3. Fréquences de résonance
2.2.3.1. Le mode TE01δ
2.2.3.2. Le mode TM01δ
2.2.3.3. Le mode HEM11δ
2.3. Antennes à résonateurs diélectriques rectangulaires
2.3.1. Introduction
2.3.2. Fréquences de résonance
2.3.3. Le facteur de qualité
2.4. Les techniques de couplage
2.4.1. La ligne microruban
2.4.2. La sonde coaxiale
2.4.3. Ligne coplanaire
2.4.4. Fente rectangulaire
2.5. Etude d’une antenne à résonateur diélectrique cylindrique
2.5.1. Introduction
2.5.2. Structure de l’antenne
2.5.4. Performances simulées et résultats de mesures
2.5.4.1. Coefficient de réflexion
2.5.4.2. Gain et diagramme de rayonnement
2.5.4.3. Efficacité de rayonnement
2.6.1. Etude de l’antenne sans résonateur (antenne fente)
2.6.2. Antenne fente à 3.5GHz
2.7. Conclusion
3. ANTENNES A RESONATEURS DIELECTRIQUES LARGE BANDE
3.1. Introduction
3.2. Antenne à résonateur diélectrique conique
3.2.1. Introduction
3.2.2. Antenne à résonateur diélectrique cylindrique
3.2.3. Présentation de la structure cylindrique modifiée
3.2.4. Géométrie de l’antenne conique
3.2.5. Optimisation et étude paramétrique
3.2.5.1. Variation du rayon supérieur ( ) du résonateur diélectrique
3.2.5.2. Variation de la hauteur (h) du résonateur diélectrique
3.2.6. Conclusion de l’étude paramétrique
3.2.7. Validation expérimentale
3.2.7.1. Prototype réalisé
3.2.7.2. Impédance
3.2.7.3. Adaptation
3.2.7.4. Diagramme de rayonnement
3.2.7.5. Gain
3.2.8. Conclusion
3.3. Antenne à résonateur diélectrique conique fonctionnant en polarisation circulaire
3.3.1. Introduction
3.3.2. Généralités sur la polarisation circulaire
3.3.3. Structure de l’antenne à polarisation circulaire
3.3.4. Résultats de mesures et de simulations
3.3.4.1. Adaptation:
3.3.4.2. Rapport axial:
3.3.4.3. Digramme de rayonnement
3.3.5. Conclusion
3.4. Antenne Yagi à résonateur diélectrique
3.4.1. Introduction
3.4.2. Méthodologie utilisée
3.4.3. Structure de l’antenne
3.4.4. Étude paramétrique
3.4.4.1. Effet du nombre de résonateurs sur la bande passante
3.4.4.2. Effet du nombre de résonateurs sur le gain de l’antenne
3.4.5. Réalisation et caractérisation du prototype
3.4.5.1. Prototype réalisé
3.4.5.2. Adaptation
3.4.5.3. Gain
3.4.5.4. Diagramme de rayonnement
3.4.6. Conclusion
3.5. Antenne papillon à résonateur diélectrique
3.5.1. Introduction
3.5.2. Structure de l’antenne
3.5.3. Étude paramétrique
3.5.3.1. Influence de la fente de couplage
3.5.3.1.1. Effet de la longueur de la fente (Lf)
3.5.3.1.2. Largeur de la fente (Wf)
3.5.3.2. Influence de la permittivité du résonateur diélectrique
3.5.4. Validation expérimentale de l’antenne papillon réalisée
3.5.4.1. Adaptation
3.5.4.2. Gain mesuré
3.5.4.3. Diagramme de rayonnement
3.5.5. Conclusion
3.6. Bilan et comparaison
3.7. Conclusion
4. ANTENNES A RESONATEURS DIELECTRIQUES MULTI-BANDES
4.1. Introduction
4.2. ARD multi-bande
4.2.1. Introduction
4.2.2. Configuration du champ électrique pour les modes TE111 et TE113
4.2.3. Géométrie de la structure
4.2.4. Optimisation de la structure étudiée
4.2.4.1. Effet de la permittivité du RD
4.2.4.2. Effet de la longueur de la fente
4.2.4.3. Effet de l’extension de l’alimentation L
4.2.5. Validation expérimentale de la structure
4.2.5.1. Adaptation
4.2.5.2. Gain simulé et mesuré
4.2.5.3. Diagramme de rayonnement
4.2.6. Conclusion
4.3. ARD cylindrique multi-bande
4.3.1. Introduction
4.3.2. Géométrie de l’antenne
4.3.3. Étude paramétrique
4.3.3.1. Effet de la permittivité du résonateur intérieur
4.3.3.2. Effet de la permittivité du résonateur extérieur
4.3.3.3. Effet du rayon du résonateur intérieur
4.3.3.4. Effet de la hauteur du résonateur interne
4.3.4. Conclusion de l’étude paramétrique
4.3.5. Résultats de simulation et de mesure
4.3.6. Synthèse
4.4. Conclusion
5. ANTENNES A RESONATEURS DIELECTRIQUES MINIATURES POUR L LECTEURS RFID
5.1. Introduction
5.1.1. Généralités sur la RFID
5.1.1.1. Aspect historique de la RFID
5.1.1.2. Les systèmes RFID
5.1.1.3. Le lecteur
5.1.1.4. Antenne pour le lecteur
5.1.1.5. Normalisation des systèmes RFID
5.2. Conception et réalisation d’une ARD demi-cylindrique
5.2.1. Introduction
5.2.2. Étude théorique
5.2.3. Présentation de l’antenne
5.2.4. Mode excité
5.2.5. Étude paramétrique
5.2.6. Conclusion de l’étude paramétrique
5.2.7. Réalisation et mesures
5.2.7.1. Adaptation
5.2.7.2. Gain et directivité
5.2.7.3. Étude comparative avec une antenne du commerce
5.2.8. Conclusion
5.3. ARD rectangulaire
5.3.1. Introduction
5.3.2. ARD rectangulaire à polarisation linéaire
5.3.2.1. Géométrie de la structure
5.3.2.2. Résultats de simulations et de mesure
5.3.2.3. Adaptation
5.3.2.4. Gain et directivité
5.3.3. ARD rectangulaire à polarisation circulaire
5.3.3.1. Introduction
5.3.3.2. Géométrie de la structure
5.3.3.3. Optimisation des dimensions du ruban métallique
5.3.3.4. Résultats de simulations et de mesures
5.3.3.5. Adaptation
5.3.3.6. Gain et directivité
5.3.3.7. Rapport axial
5.4. ARD rectangulaire avec métamatériaux
5.4.1. Rappel sur les métamatériaux
5.4.2. Structure de l’antenne
5.4.3. Etude paramétrique
5.4.4. Résultats de simulation
5.5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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