Contribution à l’étude de systèmes à diversité d’antennes sur terminaux compacts : mesures de performances en environnement réel

par Charles Tounou

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences, optoélectronique. Télécommunications

Sous la direction de Thierry Monédière et de Cyril Nicolas Decroze.

Soutenue en 2008

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Coefficient de corrélation
• Gain de diversité
• Système multi-antennes
• Système embarqué compact
• Couplage et découplage
• Synthèse de diagramme
• Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples
• Antennes-réseaux
• Systèmes de communication sans fil
• Transmission numérique

Résumé

La diversité d’antennes consiste à utiliser un système à accès multiples pour améliorer les performances des communications sans fil. Ce manuscrit est consacré à l’étude, aux analyses et aux mesures des performances en diversité de réception. En premier lieu, des outils numériques souples et d’utilisation très générale sont développés pour calculer les paramètres de diversité dans n’importe quel contexte et sans restriction. Ensuite, une étude préliminaire des relations entre les couplages mutuels et les paramètres de diversité montre que les coefficients de corrélation et de couplage devraient être faibles. Cette conclusion a été utilisée pour concevoir et optimiser un terminal compact constitué de deux antennes monopôlaires imprimées fonctionnant dans la bande du WiMax 3. 4-3. 6 GHz par insertion de fente. Des mesures ont été faites en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) avec un analyseur de réseaux vectoriel qui délivre une onde CW (constante wave), puis avec un dispositif constitué de deux modules indépendants (émission et réception) de communications numériques. Ce dernier a permis de faire d’autres mesures en milieu « indoor » et dans un contexte milieu « indoor » vers milieu « outdoor ». Finalement, une étude analytique permet de montrer que la diversité d’antennes et la synthèse de diagrammes sont équivalentes.

Titre traduit

Study of antenna diversity systems : application to compact terminals and measurements of performances in real environments

Résumé

Wireless communication performances are improved by using multiple antennas or multiple access systems: this is the antenna diversity principle. Diversity studies, its analysis and some measurement results are depicted in this PhD thesis. First, numerical tools that allow the calculation of diversity parameters are developed. These tools are highly efficient since they are independent of any assumption. Second, a preliminary study of the relationships between mutual coupling and diversity parameters is done. The results demonstrated that mutual coupling and correlation coefficients should be preferably low. This conclusion is used to design and optimize a compact terminal that consists of two printed monopole antennas working in the WiMax 3. 4-3. 6GHz band by a slot insertion for decoupling. Next, measurements took place in a modes stirred reverberation chamber (MSRC) using two different test-beds. The first one used a network analyzer which delivers a constant wave in the chamber. The second one is constituted by two independent digital communication modules (transmission and reception). This latest test-bed allows also measurements in indoor and indoor to outdoor environments. Finally, an analytical study proves that antenna diversity and radiation pattern synthesis are equivalent.