Intégration dans un terminal de dimensions 100×55×0.7 mm 3

140

(a) (b)

(c) (d)

Figure 3.44: Diagrammes de rayonnement de l’antenne 1 simulés et mesurés (dB): (a) Plan E (plan YZ) à 826 MHz, (b) Plan H (plan XZ) à 826 MHz, (c) Plan E (plan YZ) à

2.6 GHz, (d) Plan H (Plan XZ) à 2.6 GHz

141

millimètres. Les dimensions de l’antenne 2 sont les mêmes que celles du prototype présenté dans la Figure 3.22.

(a) (b)

Figure 3.45: Système bi-bandes à diversité à base d’antennes IFAs destiné aux téléphones mobiles: (a) vue de dessus, (b) vue de dessous.

La Figure 3.46 montre les paramètres S simulés du système. Le module du coefficient de réflexion est inférieur à -6 dB de 790-875 MHz et de 2.41-2.65 GHz pour l’antenne 1 (ce qui correspond respectivement à des bandes relatives de 10.2 % et 9.5%). Pour l’antenne 2, les bandes de fonctionnement sont: 815-870 MHz (6.52 %) et 2.44-2.66 GHz (8.62 %). Le module du coefficient de transmission |S21| est inférieur à -4 dB en bande basse et à - 9.7 dB en bande haute.

142

(a) (b)

Figure 3.46: Paramètres |Sij| simulés du système antennaire à IFA pliée: (a) bande basse, (b) bande haute.

La Figure 3.47 montre l’amplitude maximale des densités de courant sur le système antennaire à 826 MHz. Une forte concentration des courants est observée sur le plan de masse ainsi que sur l’antenne 2 lorsque l’antenne 1 est alimentée et vice versa.

(a) (b)

Figure 3.47: Distribution des courants sur le système à base de IFAs à 826 MHz: (a) alimentée par l’accès 1, (b) alimenté par l’accès 2.

Une ligne de neutralisation est introduite entre les deux antennes pour palier à ce couplage. Une première approche consistait à introduire la ligne de neutralisation après dimensionnement du système (éléments rayonnants + plan de masse). Cette solution n’a pas

143

été concluante. En effet, en insérant la ligne entre les deux antennes, comme le présente la Figure 3.48, les bandes de fonctionnement ont été perturbées en termes de niveau d’adaptation et de décalage en fréquence. Pour cela, la démarche adoptée a été de dimensionner le système antennaire et la ligne de neutralisation en même temps. Par conséquent, des différences au niveau des dimensions et de la géométrie de la structure de la Figure 3.48 par rapport à la structure présentées dans la Figure 3.45 peuvent être observées. Pour cette raison, la comparaison du système avec et sans ligne de neutralisation ne sera pas présentée. Le prototype présenté dans la Figure 3.49 est réalisé un substrat FR4, d’épaisseur 0.7 mm, de permittivité εr= 3.7 présentant des pertes tan δ=0.019.

(a) (b)

Figure 3.48: Système bi-bandes à diversité à base d’antennes IFAs avec ligne de neutralisation: (a) vue de dessus, (b) vue de dessous.

144

(a) (b)

Figure 3.49: Prototype du système avec ligne de neutralisation: (a) vue de dessus, (b) vue de dessous.

La Figure 3.50 présente les paramètres S simulés et mesurés du système réalisé.

(a) (b)

Figure 3.50: Paramètres |Sij| simulés et mesurés du système antennaire à base de IFA pliée avec ligne de neutralisation: (a) bande basse, (b) bande haute.

145

Une bonne concordance entre la simulation et la mesure est observée. L’antenne 1 est adaptée sur les bandes de fréquences suivantes (|S11|<-6 dB): 770 - 867 MHz, 2.43 - 2.764 GHz en simulation et de 775- 869 MHz, 2.42- 2.71 GHz en mesure. L’antenne 2 est adaptée sur les bandes 786 - 842 MHz, 2.35 - 2.71 GHz en simulation et de 792- 844 MHz, 2.3 - 2.69 GHz en mesure. On constate que l’antenne 2 ne couvre pas entièrement la bande 790-862 MHz. En ce qui concerne le couplage, il n’est pas inférieur à -10 dB sur toutes les fréquences où le système présente une adaptation meilleure que 6 dB. Néanmoins, il vérifie la condition

|S21|< - 10 dB sur les bandes LTE souhaitées (790-862 MHz et 2.5-2.69 GHz). En effet, les niveaux du couplage simulés et mesurés se situent entre -10 et -16 dB dans la bande 790-862 MHz et entre -11 et -16 dB dans la bande 2.5-2.69 GHz. Les différences sont dues aux imperfections de réalisation et plus spécifiquement aux vias qui ont été réalisés manuellement et à l’estimation de la valeur de la permittivité simulée.

Les Figure 3.51 et Figure 3.52 montrent les distributions de courants sur les éléments rayonnants et le plan de masse aux deux fréquences 826 MHz et 2.6 GHz. On observe une faible concentration de courant sur l’antenne 2 lorsque l’antenne 1 est alimentée et vice versa, notamment à 2.6 GHz. A 826 MHz, les courants sont toujours importants et plus particulièrement sur le retour à la masse. Néanmoins, il est intéressant de noter que les points d’alimentation sont isolés (concentration des courants plus faible).

(a) (b) Figure 3.51: Distribution des courants sur le système à base de IFAs avec ligne de

neutralisation à 826 MHz: (a) alimenté par l’accès 1, (b) alimenté par l’accès 2.

146

(a) (b)

Les rayonnements tridimensionnels du système antennaire avec ligne de neutralisation sont présentés sur les Figure 3.53 et Figure 3.54. Les fréquences de travail considérées sont 826 MHz et 2.6 GHz. Les deux antennes n’étant pas identiques, on observe des gains maximaux de 1.8 dB pour l’antenne 1 et de 0.7 dB pour l’antenne 2 à 826 MHz. A 2.6 GHz, le gain maximal de l’antenne 1 est de 4.5 dB et de 3.2 dB pour l’antenne 2. Pour chacune des fréquences, les diagrammes issus des deux antennes sont différents ce qui tend à couvrir des régions complémentaires de l’espace. Ceci permet de produire de la diversité de rayonnement.

D’autre part, les creux de rayonnements observés à φ = - 90° pour l’antenne 1 et φ = 0° pour l’antenne 2, à 826 MHz, sont dus à la présence du plan de masse (voir Figure 3.53).

Figure 3.52: Distribution des courants sur le système à base de IFA avec ligne de neutralisation à 2.6 GHz: (a) alimenté par l’accès 1, (b) alimenté par l’accès 2.

147

(a) (b)

Figure 3.53 : Gain réalisé 3D total à 826 MHz: (a) antenne 1(Gmax=1.8 dB), (b) antenne 2 (G_max=0.7 dB).

(a) (b)

Figure 3.54: Gain réalisé 3D total à 2.6 GHz: (a) antenne 1(G_max=4.5 dB), (b) antenne 2 (Gmax=3.2 dB).

Le rayonnement de l’antenne 1 est polarisé linéairement selon la direction colinéaire à l’axe Y: on considère cette polarisation comme étant la polarisation verticale. Le rayonnement de l’antenne 2 est polarisé linéairement selon la direction colinéaire à l’axe X: on considère cette polarisation comme étant la polarisation horizontale. Afin d’observer l’apport en diversité de polarisation aux fréquences 826 MHz et 2.6 GHz, les diagrammes décomposés suivant les deux polarisations (verticale et horizontale) sont représentés dans Figure 3.55, Figure 3.56, Figure 3.57, Figure 3.58.

148

(a) (b)

Figure 3.55: Gain réalisé 3D en polarisation verticale à 826 MHz : (a) antenne 1 (Gmax= 1.7 dB), (b) antenne 2 (Gmax= 0.57dB).

(a) (b)

Figure 3.56: Gain réalisé 3D en polarisation horizontale à 826 MHz : (a) antenne 1 (Gmax= 0.12 dB), (b) antenne 2 (Gmax= -0.5 dB).

(a) (b)

Figure 3.57 : Gain réalisé 3D en polarisation verticale à 2.6 GHz: (a) antenne 1 (Gmax= 3.9 dB), (b) antenne 2 (G_max= 2.6 dB).

149

(a) (b)

Figure 3.58: Gain réalisé 3D en polarisation horizontale à 2.6 GHz: (a) antenne 1(Gmax= 3.1 dB), (b) antenne 2(Gmax= 1.4 dB).

A 826 MHz, le rayonnement en polarisation verticale domine pour les deux antennes avec un gain maximum de 1.8 dB pour l’antenne 1 et 0.5 dB pour l’antenne 2. Nous n’obtenons donc que la diversité de rayonnement.

A 2.6 GHz, le rayonnement en polarisation verticale domine également pour les deux antennes avec un gain maximum de 3.9 dB pour l’antenne 1 et de 2.6 dB pour l’antenne 2.

Les polarisations croisées de chaque antenne ne sont pas négligeables (Figure 2.50 (b) et Figure 2.51 (b)). Elles présentent des maxima de gain de 3.1 dB pour l’antenne 1 et de 1.4 dB pour l’antenne 2.

Les diagrammes de rayonnement simulés et mesurés sont présentés dans les Figure 3.59, Figure 3.60, Figure 3.61, Figure 3.62. La composante principale du champ rayonnée par l’antenne 1 correspond à Eφ dans le plan XZ et à Eθ dans le plan YZ. Par conséquent, la composante croisée du champ rayonné correspond à Eθ dans le plan XZ et à Eφ dans le plan YZ et vice versa pour l’antenne 2. Un bon accord entre la simulation et la mesure est observé.

Les observations effectuées sur les rayonnements en trois dimensions se confirment. De la diversité de rayonnement est produite entre les deux antennes.

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(a) (b)

Figure 3.59: Diagrammes de rayonnement (dB) à 826 MHz dans le plan XZ (φ=0°): (a) antenne 1, (b) antenne 2.

(a) (b)

Figure 3.60: Diagrammes de rayonnement simulés (dB) à 826 MHz dans le plan YZ (φ=90°): (a) antenne 1, (b) antenne 2.

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(a) (b)

Figure 3.61 : Diagrammes de rayonnement simulés (dB) à 2.6 GHz dans le plan XZ

(φ=0°): (a) antenne 1, (b) antenne 2.

(a) (b)

Figure 3.62: Diagrammes de rayonnement simulés (dB) à 2.6 GHz dans le plan YZ (φ=90°): (a) antenne 1, (b) antenne 2.