Etude de faisabilité d'antennes compactes à large bande de fréquence

Feasability of large bandwidth and low profile antennas

• Auteur / Autrice : Frédéric Perrot
• Direction : Serge Toutain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Ondes décimétriques

Antennes microrubans

Résumé

Aux hyperfréquences, compacité et largeur de bande sont bien souvent deux objectifs contradictoires. Les progrès liés au développement de circuits intégrés monolithiques et leur association à des antennes circuits imprimés de type micro ruban ont constitué une première réponse à ce besoin de compacité et de performance. Cependant, ces antennes imprimées, compte tenu des principes de base qui régissent leur fonctionnement ont, en général, des bandes passantes relativement étroites. Dans un premier temps, afin d'orienter notre étude vers des choix de configurations d'antennes aptes à satisfaire simultanément les deux contraintes, nous avons réalisé une analyse de l’existant qui a pour objet d'identifier les différents concepts larges bandes, d’en comprendre les principes fondamentaux et de maîtriser leurs limitations intrinsèques. Cependant, lorsque nous avons juxtaposé des contraintes d'encombrement, notre analyse nous a conduit à la recherche d’alternatives à l’existant. Afin de mettre en perspective cette recherche nous avons défini tout d'abord les caractéristiques géométriques et constitutives des résonateurs de base «idéaux». Puis, à partir de modèles analytiques simples nous avons couplé les caractéristiques de ces résonateurs élémentaires aux phénomènes permettant l’élargissement de la bande passante. Cette méthode met en évidence le potentiel d’une solution qui consiste à imbriquer des résonateurs de natures différentes, à savoir des résonateurs micro-ruban et micro-fentes en forme de U. La validation s’est effectuée sur une approche couplée de simulations et de mesures. Enfin le dernier degré de perfectionnement s’est appuyé sur l'adjonction d'un filtre en amont de cette nouvelle forme d’antenne. Ceci a permis d'obtenir des bandes passantes de l'ordre de 50 % avec une pureté de polarisation acceptable et pour un ROS inférieur à 1,8.

At microwave frequencies, miniaturisation and broadband behaviour are difficult to achieve in the mean time. The association of printed antennas with monolithic integrated circuits has been considered as a way to improve both form factor and performances. However, due to their basic principles, this type of solution is still limitated in term of bandwidth. In the first part, through the analysis of existing topologies, this study focus on defining the main parameters and understanding the fundamental principles associated with our objective of bandwidth enlargement. By the addition of a form factor constraint, the necessity of developing alternative antenna solutions has appeared to be the only way to fulfil simultaneously these two requirements. Considering this new approach, we have defined the fundamental and constitutive characteristics of the “ideal” basic resonators. Then, starting from simple analytical models, we have coupled models of these elementary resonators with the theoretical characteristics allowing a bandwidth improvement. This method highlights the potential of a solution which consists in imbrications of different nature resonators, especially of U shaped slot and microstrip topologies. The validation was carried out to a coupled approach of simulations and measurements. Finally the last degree of improvement has been based on the addition of a filter upstream of this new shape of antenna. As a final demonstrator, this study has allowed to obtain bandwidths up to 50% with an acceptable cross polarization and for a ROS lower than 1,8.