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Conception d'un réseau d'antennes multifaisceaux avec la technologie GIS (Guide intégré au substrat)

Mbaye, Moustapha (2013). Conception d'un réseau d'antennes multifaisceaux avec la technologie GIS (Guide intégré au substrat). Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 203 p.

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Résumé

Les systèmes de communications sans fil actuels imposent des contraintes très sévères en termes de la capacité du canal, la qualité de transmission tout en gardant les niveaux d'interférences et multi-trajets assez faibles. De telles contraintes ont rendu les antennes multifaisceaux intéressantes. Parmi les différents types de matrices permettant de réaliser une antenne multifaisceaux (sans avoir recours aux systèmes à balayages électroniques), la matrice de Butler a reçu une attention particulière comme étant la plus profitable du fait qu'elle est théorique sans pertes et qu'elle emploie un nombre minimum de composants afin de générer l'ensemble de faisceaux orthogonaux demandés. Dans cette thèse, nous exposons une nouvelle topologie d'un réseau d'antenne multifaisceaux basée sur une nouvelle matrice de Butler utilisant la technologie du guide d'onde intégré au substrat (GIS). Vues les caractéristiques attrayantes de la technologie GIS dans la conception de composantes microondes et millimétriques, elle devient un bon candidat pour la réalisation des antennes multifaisceaux faciles à intégrer avec d'autres systèmes planaires ou à base de guide GIS. Ce travail comporte quatre volets sur la conception de nouveaux composants passifs, avec de nouvelles approches en exploitant la technologie GIS, en vue de la réalisation d'une matrice de Butler 4X4 compacte et d'une antenne multifaisceaux. Le premier volet concerne la réalisation de nouveaux coupleurs directionnels GIS et double couches. Une structure originale de coupleur directionnel bicouche 3dB/90° à large bande est développée. Le coupleur proposé est constitué de deux guides d'onde GIS superposés et couplés entre eux par l'intermédiaire de trois paires de fentes circulaires et résonnantes sur le mur électrique commun. L'étude paramétrique complète de cette structure faite par le simulateur HFSS a permis de comprendre mieux le fonctionnement et l'influence de chaque paramètre sur le facteur de couplage. Ce diviseur de puissance a fourni de bonnes performances en termes de bande passante utile pour les systèmes de communication sans fil dans la bande X. Comparés à ceux de la littérature ayant la même configuration, notre coupleur offre un niveau de couplage de 3dB sans affecter la taille de la structure. Le deuxième volet présente l'étude d'un nouveau déphaseur 45° en GIS utilisant la technique de deux rivets inductifs fixes et asymétriques. Pour le rendre flexible, une étude paramétrique a été conduite pour déterminer l'impact des positions des rivets sur le retard de phase. L'objectif a été atteint out en améliorant la taille (approximativement 30% plus petit par rapport à la technique de deux rivets fixes et symétriques) tout en améliorant la bande passante de 0.4%. Pour réaliser la matrice de Butler, une nouvelle topologie de chemin de croisement à double couches a été développée. De bonnes performances ont été validées sur toute la bande X, soit 40% de bande passante. Le troisième volet met en exergue la conception d'une antenne utilisant la technique de doubles fentes et double fréquences. Ceci permet d'atteindre une largeur de bande 8,5%, au lieu de 4% avec une seule fréquence. Enfin, le quatrième volet nous avons combiné les circuits passifs et le réseau d'antennes, réalisés précédemment, pour concevoir le prototype de l'antenne multifaisceaux. Cette nouvelle configuration démontre la faisabilité de la conception d'une matrice de Butler en technologie GIS et, plus particulièrement, d'une antenne multifaisceaux (matrice de Butler + réseau d'antenne) avec une topologie double couches sans avoir recours à des connecteurs de liaison. Les résultats obtenus ont montré de bonnes performances en termes de directivité, de dépointage et de contrôle du diagramme de rayonnement. Il faut souligner que l'antenne multifaisceaux a été conçue autour de 10GHz comme première conception. Ce travail pourrait être transposé vers la bande des ondes millimétriques pour des applications à 60GHz.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Talbi, Larbi
Co-directeurs de mémoire/thèse: Hettak, Khelifa
Informations complémentaires: Comprend des réf. bibliogr. à la fin de chaque chapitre.
Mots-clés libres: Systèmes de télécommunications à large bande; Transmission sans fil; Guides d'ondes intégrés au substrat; Technologie GIS
Départements et école, unités de recherche et services: Informatique et ingénierie
Date de dépôt: 26 sept. 2013 19:18
Dernière modification: 23 oct. 2015 13:23
URI: http://di.uqo.ca/id/eprint/634

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