E après interaction avec un matériau (résection ou transmission) ; (b) Puissance détectée Pd dans le cas de la réflexion en fonction de la polarisation A de l'antenne de réception. Pour gérer la dispersion de fréquence dans le cadre d'applications ultra-large bande, des algorithmes spéciaux (MUSIC modifié et Matrix Beam) ont été utilisés.
Introduction
Ces phénomènes ont été analysés paramétriquement dans les domaines fréquentiel et temporel ; une telle approche nous a permis d'étudier l'interaction d'un signal très court avec un matériau pour des applications Ultra-Wideband. Lors d'un stage de DEA, la modélisation de l'état de la mer a été développée selon une approche statistique, prenant en compte la direction et l'intensité du vent.
Matériaux plans multicouches
Structure générale des matériaux étudiés
Une onde électromagnétique plane (−E→i,−H→i), polarisée linéairement, de fréquence f (pulsation angulaireω= 2πf), de direction de propagation −−→Oz, éclaire la structure sous l'angle d'incidence θi, comme illustré à la figure 1.2. Les caractéristiques de propagation d'une onde électromagnétique traversant une couche diélectrique m (0 ≤ m ≤ M + 1) sont décrites à l'aide de l'impédance caractéristique complexe e.
Modèles de permittivité complexe
De manière générale, la permittivité électrique est un paramètre qui, par sa dépendance en fréquence, produit une dispersion en présence d'un signal incident non monochromatique. Différents modèles ont été développés qui permettent de rendre compte plus ou moins fidèlement de la variation de fréquence de la permittivité complexe en fonction du type de charges et de leur propriété de polarisation [VonH54], [Ber93].
Modélisation analytique en bande étroite dans le domaine fréquentiel
Par exemple, dans le cas du plexiglas, les paramètres associés à ces lois sont rassemblés dans le tableau 1.1 [Lue93]. Dans le cas d'une seule couche de matériau (épaisseur d, indice de réfraction, angle de réfraction θ), structure qui a été principalement conservée lors de nos études, les expressions des coefficients de réflexion et de transmission sont présentées dans les tableaux 1.3 et 1.4 comme suit.
Modélisation analytique en ultra-large bande : études fréquentielle et tem-
- Principes
- Résultats d’analyses paramétriques
Par ailleurs, on constate qu'une diminution de l'amplitude du signal en fonction de la fréquence se produit aussi bien pour la réflexion en présence d'une plaque métallique que pour la transmission. Une étude de l'influence de la perméabilité réelle (σ = 0,01203 reste constant) montre que cette dernière détermine le temps de propagation dans le matériau (proportionnel à τBF) (figures 1.10c et 1.10d).
Modélisation numérique dans le domaine fréquentiel : Méthode des élé-
- Objectifs et hypothèses
- Résultats pour un matériau homogène éclairé sous l’incidence
- Résultats pour un matériau homogène éclairé sous l’incidence
Figure 1.18 — Principe de la méthode SER pour déterminer le coefficient de réflexion de puissance. La méthode SER a été validée dans le cas d'une monocouche de permittivité complexe#= 4 et d'épaisseur d= 1cm.
Modélisation numérique temporelle : Méthode des différences Þnies (FDTD) 28
- Résultats pour un matériau homogène éclairé sous l’incidence
- Comparaison des résultats de simulation avec ceux issus des
La génération du signal de front d'onde plan s'effectue en appliquant en tout point du ciel, aux bords du maillage (sur les lignes z= 0, y= 0, y= 300), la composante normale du champ (Ex en cas du mode TE ou Hx dans le cas TM) par rapport au plan d'incidence. De plus, les difficultés du modèle FDTD semblent être liées, d'une part, à la distance plus grande entre l'onde incidente et l'onde réfléchie lorsque l'angle d'incidence θi augmente, et, d'autre part, aux réflexions parasites introduites par l'onde limite. conditions.
Matériaux plans hétérogènes
- Structures de matériaux étudiées
- Résultats fréquentiels obtenus par la méthode des éléments Þnis (FEM) . 33
- Objectifs
- Modèle linéaire simpliÞé de l’état de surface de la mer
- Principes
- Spectres d’onde
- Résultats pour diverses amplitudes et directions de vent
- Modèle non linéaire de l’état de surface de la mer
- Principes
- Résultats pour une direction et une amplitude de vent
- Association des modèles linéaire et non linéaire
- Principes
- Résultats pour une direction et une amplitude de vent
- Propagation des ondes de sol au dessus de la surface de la mer
- Phénomènes physiques
- Le modèle de terrain irrégulier (ITM)
- Résultats de simulation
L'étude de l'animation de la surface de la mer est celle des ondes de surface qui la déforment. Enfin, le spectre total associé à l'énergie des vagues en fonction de la fréquence f et de l'angle θ est représenté sur la figure 1.30d.
Publications et Communications
443-448 [P6] Sagnard F., Bentabet F., Vignat C.,"Theoretical study of a new method based on ellipsometry for measuring the complex permittivity of materials", Electronics Letters, vol. P7] Sagnard F., Berthault A. , Veron B., "The measurement of the electrical conductivity of a small Þber at an open cavity", IEEE Trans.
Encadrements et rapports
Conclusion
Dem00] Deminco N., "Forecast Forecasting Techniques and Antenna Modeling (150 to 1705 kHz) for Broadcast Applications of Intelligent Transport Systems (ITS), IEEE Antennas, and Propagat. Mur98] Mur G., "Total-Þeld Absorptive Boundaries for the Time-Domain Electromagnetic Field Equations", IEEE Trans.
Le banc COTREMO
Montage expérimental
L'objectif final est la détermination de la permittivité complexe du matériau testé en fonction de la fréquence.
La méthode de Fresnel
Figure 2.2 — Étapes de détermination de la permittivité complexe (#0 et #") à l'aide de la méthode de Fresnel.
La méthode ellipsométrique
- Détermination de la permittivité complexe seule (lorsque l’épais-
- Détermination conjointe de l’épaisseur et de la permittivité com-
Figure 2.5 — Étapes de détermination de la permittivité complexe (#' et #”) par la méthode ellipsométrique Trois étapes essentielles, illustrées à la Figure 2.7, interviennent dans l'algorithme de détermination conjointe de l'épaisseur et de la permittivité complexe.
Le banc MAT-ULB
Montage expérimental
Tchoffo, vise à déterminer les coefficients de résection du matériau avec et sans plaque métallique [E2] au dos, et à pallier les pertes en espace libre et dans le système de mesure. Les coefficients de réflexion avec et sans plaque métallique sont obtenus en utilisant les relations suivantes.
Détermination de la permittivité complexe en fonction de la fréquence
Une telle approche semble complémentaire de la méthode précédente qui consistait à déterminer la permittivité complexe en fonction de la fréquence ; elle sera développée plus précisément au chapitre 4, car elle permet également d'analyser les phénomènes de multitrajets en environnement réel. Elaboration d'une fonction de coût et recherche de la valeur optimale de (ε',ε") à partir des relations de Fresnel.
Résultats expérimentaux
Caractérisation de matériaux à l’aide du banc COTREMO
- Comparaison entre la méthode de Fresnel et l’ellipsométrie micro-
- Résultats issus de la méthode ellipsométrique
Les estimations de permittivité complexe semblent être cohérentes avec celles de la littérature [Pug96], [Sat95], [Cui00]. Détermination de la permittivité complexe par la méthode Min-Max (l'épaisseur est connue).
Caractérisation de matériaux à l’aide du banc MAT-ULB
L'estimation de la permittivité complexe des matériaux pour chaque fréquence a été obtenue à partir des variations d'amplitude des deux coefficients de réflexion avec (Rem(f)) et sans plaque métallique (Rea(f)). La figure 2.29 rassemble donc les plages de variation des permittivités complexes des matériaux de construction tirées de la littérature et mesurées aux fréquences micro-ondes.
Publications et Communications
C8] Sagnard F., Vignat C., Moncourtois V., Rolland E., "Microwave Measurements of Complex Permeability of Building Materials Using Fresnel Coefficients and Resection Ellipsometry", IEEE Antennas and Propagation and URSI Symposium, Boston (USA), 8-12 July 2001. Vignat C., "Measurements of Complex Permeability of Building Materials Using X-Band Ellipsometry: Experiments (Part II)", IEEE Trans.
Encadrements et rapports
P8] Sagnard F., Bentabet F., Vignat C., "Theoretical study of a new method based on ellipsometry for measuring the complex permittivity of materials", Electronics Letters, vol.
Conclusion
Qiu99] Qiu R.C., Lu I.T., “Multipath resolution with frequency dependence for broadband wireless channel modeling”, IEEE Trans. Yam91] Yamada H., Ohmiya M., Ogawa Y., “Super-resolution techniques for time-domain measurements with a network analyzer”, IEEE Trans.
Antennes en bande étroite
L’outil ECAMO
- Objectifs
- Bancs de mesure
- Résultats théoriques et expérimentaux
Une étude 2D complète : elle a pour but de comparer les résultats de la modélisation aux données expérimentales pour les plans de polarisation E et H de l'antenne. Un système rotatif manuel de Microncontrol (M-UTR120A) équipé d'un adaptateur mécanique est utilisé pour contrôler l'antenne de réception.
Focalisation d’une antenne cornet
- Principes
- Etude d’une antenne cornet bande X
La relation faisant intervenir l'erreur de phase ∆m pour une position donnée rm de l'ouverture du cornet (correspondant au plan métallique de la lentille de Fresnel), comme le montre la figure 3.7b, est la suivante. Un exemple de caractérisation de phase du plan d'ouverture de l'antenne en bande X est présenté à la Figure 3.5.
Antennes en large bande
Objectifs
Les travaux liés à la modélisation analytique des antennes en émission et en réception ont été réalisés au cours de deux bureaux d'études ingénieur (5ESC de l'INSA Rennes) [E5, E6], et de deux stages de DEA (5ESC de l'INSA Rennes) et d'un ingénieur (ENSA Oujda) [E7, E8]. Ils ont fait l'objet d'une publication internationale [P2] (dont une est en cours de relecture), de quatre communications nationales internationales [C1-C4].
L’outil ANT-ULB
- Principes
- Modélisation en émission
- Modélisation en réception
De plus, la distribution du champ Eθ dans l'espace environnant proche de l'antenne est représentée sur la figure 3.14b après que l'onde de courant a atteint chacune des extrémités. Dans le cas de l'antenne papillon modélisée sur la Figure 3.11b (ouverture2α= 120◦, angle d'incidence ϕ= 0◦, h= 1m), l'excitation par un champ électrique incident induit des composantes de courant dans chacun des couples de d éléments à différents fois.
Modélisation numérique par la méthode des intégrales Þnies (FIT)
- Hypothèses
- Cas du dipôle (0,h)
- Cas du dipôle en V
- Modélisation d’une antenne "nœud papillon"
Une comparaison des résultats de simulation pour le champ rayonné Eθ à partir de modèles numériques et analytiques est présentée à la Figure 3.1b dans le cas où τ =τa/(3.3×4) et pour l'impulsion d'excitation définie à la Figure 3.12 ( h= 1 m ) ; cette comparaison montre que les deux modèles conduisent à des formes d'impulsions très similaires. Dans le cas d'une modélisation d'antenne à éléments discrets, on peut voir sur la figure 3.35b que l'introduction d'éléments supplémentaires ne modifie pas significativement la forme des impulsions rayonnées.
Caractérisation d’antennes large bande
- Montage expérimental
- Résultats de caractérisation
Les antennes caractérisées par une table de mesure sont présentées à la Figure 3.37 ; ils sont entièrement constitués d'un conducteur. Ensuite, une excitation de forme gaussienne avec une bande passante de 5,2 GHz a été traitée comme signal d'excitation (voir Fig. 3.38).
Publications et Communications
C4] Sagnard F., Uguen B., El Zein G., "Etude de l'émission et de la réception de signaux pulsés par des antennes ultra large bande : Modélisation et expérimentation", Journées Nationales du Micro-onde, JNM'03, Lille (France), 21 mai -23, 2003. P2] Sagnard F., Uguen B., El Zein G. "Réception d'une onde plane électromagnétique oblique par une antenne filaire linéaire : une analyse dans le domaine temporel", Microwave and Optical Technology Letters, vol.
Encadrements et rapports
P1] Sagnard F., Badet J., El Zein G.,"Waveform distortion induced by transient excitation of conducting antennas: Analytical and numerical modeling", International Journal of Electronics and Communications, AEU, Urban & Fischer (soumise juillet 2004). P3] Sagnard F., "Educational Graphical Interfaces for Explaining and Analyzing Experiments on Radiation and Propagation of Electromagnetic Waves", IEEE Trans.
Conclusion
Gom01] Gomez R., Rubio Bretones A., Fernandez Pantoja M., "Radiation characteristics of thin-wire V-antennas excited by arbitrary time-dependent currents", IEEE Trans. Mar01] Martin R.G., Bretones A.R., Pantoja M.F.,"Radiation Characteristics of Thin-Wire V-Antennas Excited by Arbitrary Time-Dependent Currents", IEEE Trans.
Algorithme MUSIC modiÞé
Algorithme MUSIC initial
Il s'agit alors d'obtenir les vecteurs et valeurs propres de la matrice de covariance R pour tout αr donné (1≤r≤M). A noter que les M premières valeurs propres correspondent aux M chemins identifiés ; les autres valeurs propres apparaissent beaucoup plus basses et correspondent à l'espace de bruit.
Algorithme MUSIC modiÞé
Algorithme Faisceau de matrices
Notez que les deux algorithmes diffèrent considérablement dans le contenu et la dimension de la matrice de données initiale et dans le contenu des matrices utilisées pour former le faisceau de matrices. Les deux algorithmes impliquent deux étapes fondamentales similaires visant à déterminer séquentiellement les pôles Zek puis les amplitudes sebk.
Reconstruction de la réponse impulsionnelle
Dans ce qui suit, nous présentons les résultats de l'analyse des données de fréquence synthétisées et expérimentales liées à différents matériaux, en fonction du coefficient de réflexion.
Résultats d’analyses paramétriques associés à l’étude de matériaux
La réponse impulsionnelle reconstruite à partir des paramètres spécifiés dans le tableau 4.3 selon l'algorithme Matrix Beam est illustrée à la figure 4.3a. Figure 4.4 — Analyse du coefficient de réflexion d'un matériau Plexiglas monocouche (d = 4 cm) et dont la permittivité diélectrique complexe varie avec la fréquence (loi 3) par l'algorithme du faisceau matriciel (MP) ; (a) réponse en fréquence théorique dans la bande GHz, (b) reconstruction des réponses impulsionnelles associées aux bandes [3.5;8] GHz et [8;12.5] GHz et (c) réponses à une excitation gaussienne de durée w = 0 0,5 ns.
![Figure 4.1 — Analyse du coefficient d’un matériau monocouche ( e # = 3 − j0.09, d = 4 cm) par l’algorithme Faisceau de matrices ; (a) coefficient de réßexion calculé dans la bande [3.5 ; 12.5]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/1bibliocom/459861.66875/173.892.183.697.376.828/analyse-coefficient-matériau-monocouche-algorithme-faisceau-coefficient-réßexion.webp)
Résultats d’identiÞcation des trajets multiples de matériaux du bâtiment
Tableau 4.5 — Identification des paramètres de réponse impulsionnelle pour l'échantillon de gypse + silice (M5) à l'aide de l'algorithme de faisceau matriciel (MP). Tableau 4.6 — Identification des paramètres de réponse impulsionnelle pour l'échantillon de mortier (M6) à l'aide de l'algorithme Matrix Beam (MP).
Publications et Communications
Tableau 4.7 — Comparaison des temps de propagation des différents matériaux mesurés et déduits des valeurs moyennes de permittivité complexe et de l'identification du chemin par l'algorithme Matrix Beam (MP). Frequency and Time Responses", International Journal of Electronics and Communications, AEU, Urban & Fischer (à paraître début 2005).
Encadrements et rapports
C3] Sagnard F., Quiniou T., El Zein G., "Characterization of construction materials for the prediction of UWB propagation: frequency and time responses," one-day seminar on ultra-wideband communication technologies and systems design, Queen Mary University of London, July 8, 2004 ( UK), pp. C4] Sagnard F., Quiniou T., Vignat C., El Zein G., “Identification for Multipath Phenomena of Broadband Electromagnetic Interactions with Structural Materials”, URSI International Symposium on Electromagnetic Theory, EMT 2004, Pisa (Italy), 23- May 27, 2004, p.
Conclusion
En parallèle de cette approche, j'envisage de poursuivre le développement de la modélisation numérique dans le domaine temporel basée sur la méthode FIT (Finite Integral Theory) qui me semble particulièrement adaptée au traitement des phénomènes temporels de rayonnement et également de propagation. (interactions onde-matière) en électromagnétisme. Ensuite, l'influence de la forme de l'impulsion d'excitation sera étudiée pour chaque antenne afin d'optimiser son rayonnement.
