3.3 Techniques de réduction du couplage entre antennes imprimées
3.3.2 Influence des SHI sur le couplage mutuel entre antennes imprimées 64
3.3.2.2 Conducteur magnétique artificiel
Dans le chapitre 2 nous avons présenté et validé un modèle analytique de dimension- nement de CMA composé de motifs carrés métalliques périodiques. Le substrat considéré est identique à celui où les antennes patchs sont imprimées (h = 1.6mm, �r = 4.3). A partir du modèle analytique nous dimensionnons un CMA résonant à la fréquence de 9.7GHz. Les dimensions du motif obtenu sont : w = 2.3mm etg = 0.075mm. Le motif élémentaire du CMA a une périodicité égale àλm/8 à 9.7GHz. Oùλm est la longueur d’onde dans le milieu. La Figure3.18représente la phase du coefficient de réflexion du CMA en fonction de la fréquence et pour trois angles d’incidence lorsque celui-ci est éclairé par un modeTM etTE. Lorsque l’angle d’incidence du modeTM/TE augmente jusqu’à devenir rasant à la structure, la fréquence de résonance du CMA se déplace dans des proportions considérables vers les hautes fréquences.
Figure3.17 – Diagramme de dispersion des ondes de surface de typeTE se propageant sur un empilement diélectrique (�r = 4.3, h = 1.6mm) posé sur un CMP
Configurations PlanE PlanH
Configuration de
référence -21dB -17.3dB
Ruban CMP au niveau
des patchs -21.4dB -17.3dB
Ruban CMP au niveau du plan de masse
(GND)
-26.4dB -17.3dB
Cavité d’air + ruban CMP au niveau du plan de masse (GND)
-32.6dB -14.5dB
Table3.3 – Synthèse des résultats sur les découplages entre antennes pour chacune des configurations utilisant une SHI idéale
En raison de l’espace disponible entre les deux antennes, deux rangées composées chacune de sept motifs sont placées dans le même plan que les éléments rayonnants.
Trois configurations sont considérées :
• Motifs placés dans le même plan que les éléments rayonnants
• Motifs placés au-niveau du plan de masse
• Motifs placés au-niveau du plan de masse avec un blindage autour du substrat du CMA
La Figure3.19illustre les différentes configurations appliquées dans un réseau d’an- tennes 1x2 placées dans le planE. Ces trois configurations sont par la suite appliquées lorsque les patchs sont placés dans le plan H.
Les coefficients de réflexion et de transmission pour chaque configuration et pour chaque plan sont représentés sur les Figures 3.20 et 3.21. On constate quelque soit la
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8.5 9 9.5 10 10.5 11
ï180 ï150 ï120 ï90 ï60 ï30 0 30 60 90 120 150 180
Fréquence [GHz]
K [°]
CST MWS : e = 0°
CST MWS : e = 45°
CST MWS : e = 80°
(a)
8.5 9 9.5 10 10.5 11
ï180 ï150 ï120 ï90 ï60 ï30 0 30 60 90 120 150 180
Fréquence [GHz]
K [°]
CST MWS : e = 0°
CST MWS : e = 45°
CST MWS : e = 80°
(b)
Figure3.18 – Phase du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence d’un CMA résonant à f = 9.7GHz pour trois angles d’incidence. Le CMA est éclairé par un : (a) mode TM,(b)mode TE
configuration dans le plan E, le module de S11 est peu perturbé par la présence du CMA. En revanche dans le plan H la bande passante des antennes se retrouve divisée par deux lorsque le CMA est dans le même plan. En modifiant la position du CMA, c’est à dire en le positionnant au niveau du plan de masse, la fréquence de résonance des patchs dans le planH est décalée vers les hautes fréquences.
Le module du coefficient de transmissionS12 varie fortement selon la configuration.
Lorsqu’un CMA est placé entre les éléments rayonnants en planE, une amélioration de 1.7dB est atteinte. Celui-ci se comporte comme une barrière. En revanche on constate une détérioration du couplage des antennes dans le planH pour la même configuration.
Ceci est dû à la très forte proximité des antennes et des motifs métalliques. Lorsque le CMA est placé au niveau du plan de masse et sans blindage on observe une chute du module deS12 en raison des fuites. Les ondes se propagent en arrière du plan de masse ce qui n’est pas acceptable pour la plupart des applications. En ajoutant un blindage au CMA pour palier le problème des fuites, on remarque une très forte augmentation du
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figure 3.19 – : Configuration du réseau d’antenne en présence d’un CMA placé avec de haut en bas les vues en perspective et de côoté. (a)et(d)CMA placé entre et dans le même plan que les éléments rayonnants, (b)et(e)CMA placé au niveau du plan de masse avec un évidage du diélectrique des antennes au-dessus du CMA,(c)et(f)CMA blindé placé au niveau du plan de masse avec un évidage du diélectrique des antennes au-dessus du CMA.
couplage entre les deux patchs dans le planE. La mise en cavité d’un CMA entraine une concentration de l’énergie dans celle-ci qui est ensuite renvoyée au niveau des antennes.
Le blindage du CMA placé au niveau du plan de masse ne détériore pas le module de S12. Le Tableau 3.4 synthétise les résultats obtenus.
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(a)
8.5 9 9.5 10 10.5 11
ï40 ï35 ï30 ï25 ï20 ï15
Fréquence [GHz]
|S12| [dB]
Configuration : référence
Configuration : CMA au niveau des patchs Configuration : cavité d’air + CMA au niveau du GND Configuration : cavité d’air + CMA blindé au niveau du GND
(b)
Figure3.20 – Paramètres-S des deux antennes imprimées placées dans le planE pour les configurations de référence (Fig. 3.5) et en présence d’un CMA (Fig. 3.13) : (a) module du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence,(b)module du coefficient de transmission en fonction de la fréquence
En conclusion, les CMA ne sont pas la meilleure solution pour réduire le couplage mutuel lorsqu’ils sont employés comme barrière électromagnétique au sein d’un réseau où les éléments rayonnants sont espacés d’une demi-longueur d’onde. La réduction de 3dB dans le plan E observée lorsqu’un CMA est placé au niveau du plan de masse est intéressante. Afin d’éviter un phénomène de fuite, il serait intéressant d’étudier le couplage mutuel lorsque le plan de masse est tapissé de motifs métalliques.