3.2 Le réflecteur de Fresnel à polarisation circulaire
3.2.3 Mesure du réflecteur de Fresnel
Le reflécteur a été fabriqué au LEAT sur un substrat Rogers Duroïd de 0,254 mm d’épaisseur et de 150 mm de diamètre. Les mesures ont été réalisées dans la chambre
Figure3.8 – Photographie du reflectaur de Fresnel anéchoïde notre laboratoire en deux temps :
– mesure de diagramme de rayonnement de 75 à 81 GHz, – mesure de la polarisation circulaire de 75 à 81 GHz.
Afin de transformer une polarisation linéaire en circulaire, l’antenne doit être orientée à 45˚
selon x afin d’exciter les composantes horizontale et verticale du réflecteur. Pour ce faire, le champ électrique incident est orientée à 45˚ en simulation, mais la source primaire étant fixe lors des mesures, ce sera le réflecteur qui sera tournée de 45˚ (fig. 3.9). Un système de mesure de diagramme de rayonnement fonctionnant de 800 MHz à 110 GHz a été installé
Figure3.9 – Orientation du réflecteur en simulation et en mesure
au laboratoire en mai 2004. Il est fourni par Agilent et utilise des mélangeurs proches des antennes à tester afin de réduire les pertes en hautes fréquences [140]. En effet, la mesure en chambre anéchoïde nécessite, en règle générale, de transporter le signal sur plusieurs mètres avant d’arriver au récepteur. Or, en millimétrique, les câbles coaxiaux, lorsqu’ils existent, présentent des pertes prohibitives pour le transport d’un tel signal. L’utilisation de plusieurs mètres de guides d’onde n’offrant aucune souplesse, elle n’est pas non plus une solution envisageable. Il est donc indispensable de descendre la fréquence du signal à transporter. Cette dernière est de 20 MHz dans notre cas. Le système de mesure est
Figure3.10 – Réprésentation de la mesure composé :
– d’une chambre anéchoïde dont le plancher de bruit est de -90 dBm, – de deux tourelles supportant les antennes d’émission et de réception.
Le dispositif est piloté par un logiciel d’acquisition et de commande qui permet d’automati- ser les mesures en asservissant à la fois l’émetteur et le récepteur. Généralement, l’antenne
3.2. Le réflecteur de Fresnel à polarisation circulaire 69
d’émission est un cornet standard, l’antenne de réception correspondant à l’antenne sous test. La chambre anéchoïde a une longueur de 8 m, une largeur de 4 m, et l’émetteur et le récepteur sont espacés de 4,6 m. La mesure de diagramme de rayonnement est obtenue en excitant le réflecteur de Fresnel orientée selon φ= 45˚ par une onde incidente émise par le cornet standard placé en émission. L’antenne sous test va être soumise à une rotation selon θ afin de connaître le diagramme de rayonnement en azimuth et en élévation, soit pour φ= 45˚ et 135˚ respectivement. Les mesures ont été réalisées dans la bande de fréquence comprise entre 75 et 81 GHz et sont représentées en fig. 3.11. L’antenne a été conçue et
Figure3.11 – Diagrammes de rayonnement de 75 à 81 GHz
optimisée à la fréquence de 78,5 GHz, donc nous considérerons les fréquences comprises entre 74 et 77 GHz comme la partie basse de la bande de fréquence (BF) et celles comprise entre 78 et 81 GHz comme la partie haute (HF). Les résultats montrent que pour la BF, le lobe principal est dégradé surtout à 74 et 75 GHz alors que pour la HF il n’y a aucun problème. Les lobes secondaires sont de l’ordre de 15 dB ce qui représente la moitié de la valeur estimée en simulation, néanmoins cette valeur était trop optimiste et ne prenait pas en compte les couplages et la perte d’efficacité dûe à la discrétisation. Enfin, l’angle d’ouverture à -3 dB est inférieur à 2˚, ce qui lui confère une résolution assez fine. Le gain a été mesuré sur la bande de fréquence et le rendement ηr est obtenue par comparaison du gain théorique et du gain mesuré comme défini en éq. 3.15.
ηr= Gainmesure
(πDλ )2 (3.15)
Les résultats ont été réunis en fig. 3.12. Le gain maximal est de 34,9 dB à 79 GHz, ce qui implique un rendement de 19%et une bande passante à -3 dB de 4,5 GHz. A présent, nous nous intéressons à la mesure de la polarisation circulaire et afin de connaître la valeur du champ électrique pour toutφet définir la valeur deExet deEy. L’antenne sous test restera fixe et orientée selonφ= 45˚, alors que le cornet d’émission va pivoter deφ=−90à 90˚soit un demi cycle(le champ E est de périodeπ[141]). Le rapport axial a été calculé en fonction des valeurs obtenues et représentées en fig. 3.13. Le champ électrique comporte un maximun et un minimum espacés de 90˚. Ces valeurs représententExetEy espacées spacialement de 90˚comme indiqué en éq. 3.11. Les résultats ont été réunis dans le tableau 3.1 pour plus de lisibilité. Il a été difficile d’obtenir de la polarisation circulaire sur toute la bande néanmoins nous en couvrons une partie de façon discontinue. Les résultats précédents étant valable dans la direction du maximum de rayonnement, c’est à dire θ = 0˚, nous avons mesuré la polarisation circulaire pour quelques variations autour de cette direction (fig. 3.14). Le rapport axial varie assez rapidement ce qui montre la complexité des mesures. En effet,
Figure3.12 – Gain et rendement de l’antenne
Figure3.13 – Champ−→
E sur la bande de fréquence
Figure3.14 – Rapport axial pour des faibles variations autour deθ=0˚
une simple variation de la position du réflecteur a un impact important sur la polarisation circulaire de ce type d’antenne. Nous avons vu aux paragraphes 2.3.1 et 2.3.2 l’importance du choix de la méthode de simulation sur les résultats. La première étape de notre protocole de conception de patch à conversion de polarisation a été conduite par la méthode des parois électriques et magnétiques. Il s’ensuit que les patchs comportants des dissymétries comme une ligne de retard ou un offset sont mal évalués ce qui dégrade les performances globale de l’antenne. En conclusion, un réflecteur de Fresnel a été réalisé avec un gain important sur une large bande mais de faible efficacité d’ouverture due essentiellement à la discrétisation