Définition d’une antenne et différents types d’antennes 

La communication est le moyen de partager l’information, elle se révèle indispensable depuis l’antiquité. Elle se manifeste au départ par des techniques très simples comme les signaux de fumée. Mais le besoin de communiquer évolue avec le temps. L’homme a besoin de transmettre l’information d’une manière plus précise.

Les efforts réalisés pour faire évoluer les moyens de communication aboutissent dans un premier temps à l’invention du télégraphe. L’ingénieur français C. Chappe réussit à envoyer en 1793 le premier message télégraphique sur une distance de 15 km. La transmission s’est effectuée grâce à des relais mécaniques jusqu’à l’invention du télégraphe électrique par le peintre américain S. Morse en 1832, il utilise un code télégraphique (le Morse) où les caractères sont représentés par des ensembles de points et de traits séparés par des espaces.

En 1864, le physicien et mathématicien écossais J. Maxwell présente sa contribution aux développements et formulation mathématiques des travaux sur l’électricité et le magnétisme réalisés par le physicien et chimiste anglais M. Faraday et le mathématicien et physicien français A.-M. Ampère. Il en tire un ensemble de vingt équations différentielles à vingt variables, réduites plus tard à quatre. Ces équations désormais connues sous le nom d’ équations de Maxwell décrivent le comportement du champ électromagnétique ainsi que son interaction avec la matière.

Pour développer son dispositif de télégraphie sans fil, le physicien et homme d’affaires italien G. Marconi s’appuie sur les travaux théoriques de Maxwell et parvient en 1896 à transmettre des ondes radio. Après la télégraphie et la transmission de l’onde radio, l’invention du circuit imprimé a révolutionné le domaine de l ‘électronique. Les composants électroniques initialement volumineux ont commencé à être miniaturisés dans les années 1940, notamment avec l’invention du transistor en 1948. Ces efforts de miniaturisation, ainsi que l’engagement massif autour de ces nouvelles technologies ont ensuite permis l’invention en 1959 du circuit intégré aussi appelé puce électronique.

La bande de transmission 

Il existe plusieurs catégories de bandes de transmission. Chaque catégorie est caractérisée par sa longueur d’onde ou par l’antenne opérante. Pour un grand nombre d’applications, on peut citer :
◆ Les ondes kilométriques (30KHz-300KHz) et hectométriques (300KHz-3MHz), utilisées dans la radiodiffusion à modulation d’amplitude ou dans les liaisons avec les sousmanns.
◆ Les ondes décamétriques (3MHz-30MHz) utilisées dans les liaisons radios intercontinentales ou maritimes.
◆ Les ondes métriques (30MHz-300MHz) utilisées dans la radiodiffusion à modulation de fréquence, la télévision et la radionavigation.
◆ Les ondes décimétriques (300MHz-3GHz) utilisées dans la télévision, le radar, les liaisons avec les téléphones mobiles.
◆ Les ondes centimétriques (3GHz-30GHz) utilisées dans les liaisons terrestres par faisceaux hertziens, les liaisons spatiales avec les satellites artificiels ou les sondes spatiales, la radiodiffusion, la télédétection par satellite artificiel etc.
◆ Ondes millimétriques (30GHz-300GHz) utilisées dans la radioastronomie et certains radars, elles sont également utilisées à cause de l’encombrement du domaine des radiofréquences et d’hyperfréquences.

La bande 60GHz offre beaucoup d’avantages dont:
– une bande gratuite offrant de 5 à 7 GHz de bande passante.
– supporte des communications et des transmissions de données à haut débit.
– capable d’accueillir tous les types de communication sans fil de courte portée.
– diminue la taille et le poids des composants recherchés grâce à la faiblesse de sa
longueur d’onde.

Définition d’une antenne

On appelle antenne, tout dispositif permettant de transformer l’ énergie électrique en énergie électromagnétique en émission ou en réception, afin d’assurer la transmission de l’information. On peut les considérer comme des adaptateurs d’impédance entre l’espace et l’émetteur ou le récepteur.

Différents types d’antennes

Les antelllles sont réparties en plusieurs catégories selon la géométrie, le gain, la forme du faisceau, et la bande passante. Ainsi, on les classe comme suit [6]:
➤ Selon la forme géométrique:
– antelllles filaires : dipôle, boucle, spirale.
– antelllles à ouvertures : cornet, fente.
– antelllles imprimées : patch, dipôle imprimé, spirale.
➤ Selon le gain:
– gain élevé : planaire.
– gain moyen : cornet.
– gain bas : dipôle, fente, patch.
➤ Selon la forme du faisceau:
– omnidirectiollllelle : dipôle.
– faisceau étroit : planaire.
– faisceau large : antelllle réseau.
➤ Selon la largeur de bande :
– bande large : spirale.
-bande étroite :patch, fente.

Techniques d’alimentation des antennes patches

L’alimentation des antennes patches est l’une des parties les plus importantes dans le processus de la conception. plusieurs techniques ont été alors considérées dans ce but, on peut classer ces techniques en deux grandes catégories:
➤ Alimentation par contact  :
• alimentation par une ligne micro ruban.
• alimentation coaxiale directe.
➤ Alimentation par proximité :
• alimentation par couplage électromagnétique .
• alimentation par couplage à ouverture (fente) dans le plan de masse.
La bande millimétrique, la ligne micro ruban. et le couplage par ouverture dans le plan de masse sont les te chniques les plus utilisées.

Avantages et limitations des antennes patches

Les antennes patches présentent de nombreux avantages et leurs utilisations couvrent un large domaine de fréquences allant de   100 MHz à 100 GHz, Parmi ces avantages :

– faible poids.
– encombrement réduit.
– coût de fabrication faible, production en masse possible.
– antennes multi bandes et multi polarisables possibles.
– compatibilité avec les circuits hybrides et MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit),
-les réseaux d’alimentation et d’adaptation sont fabriqués simultanément avec l’antenne.
Malgré les avantages précédemment cités, ces antennes ont des inconvénients de
limitation d’utilisation telles que :

-bande passante étroite.
– gammoyen.
-rayonnement limité à un demi-plan d’espace.
– elles supportent uniquement les faibles puissances.
-pertes de rayonnement par des ondes de surface.

Ce dernier augmente considérablement avec l’augmentation de la puissance utilisée, ce qui rend les antennes patches incompatibles avec la bande millimétrique. Les études menées afin de pallier ces inconvénients ont permis d’améliorer jusqu’à 70% en utilisant une configuration multicouche et leur gain pouvant s’accroître de 30% si on met en réseau plusieurs antennes .

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Table des matières

Introduction Générale 
Chapitre 1
Introduction
1.1. Historique
1.2. La bande de transmission
1. 3. Définition d’une antenne
1.4. Caractéristiques générales d’une antenne
1.4.1 Diagramme de rayonnement
1. 4 .2. Angle d’ ouverture
1.4.3 . Ouverture rayonnante et Rendement
1.4.4. La directivité de l’antenne
1. 4 .5. Gain
1.4.6. Polarisation
1.5. Différents types d’antennes
1.5.1. Les antennes cornets
1.5.2. Définition d’une antenne imprimée
1.5.2.1. Mécanisme de rayonnement de l’antenne Patch
1.5.2.2. Techniques d’alimentation des antennes patches
1.5.2.3. Avantages et limitations des antennes patches
1.5.3. Les antennes à Résonateurs Diélectriques (DRAs)
1.5.3.1. L’histoire des Antennes à Résonateurs (DRAs)
1.5.3.2. Les formes des Antennes à Résonateurs Diélectriques (DRAs)
1.5.3.3. Mécanisme d’excitation des DRAs
1.5.3.4. Amélioration de la largeur de la bande
1.5.3 .5. Amélioration du gain
1.5.3. 6 . Les Avantages des DRAs
1. 6 . Conclusion
Chapitre 2
2.1. Introduction
2.2. Mode de fonctionnement des résonateurs diélectriques
2.2.1. Résonateurs Diélectriques en Anneaux Cylindriques
2.2.2. Résonateurs sphériques
2.2.3 0 Résonateurs Diélectriques Rectangulaires
2.2.4. Résonateurs Diélectriques Cylindriques
2.2.4.1. Résonateurs diélectriques cylindriques isolés
2.2.4.2. Résonateur diélectrique cylindrique sur un plan de masse
2.3. Étude comparative des différentes formes de résonateurs diélectriques
2.4. Conclusion
Chapitre 3
3.1. Introduction
3.2. Méthode des différences finies
3.3. Méthode des intégrales finies
3.4. Méthode des élements finis
3.5. Logiciels de simulation
3.5.1 HFSS
3.5.2 CST
Chapitre 4
4.1. Choix du matériau
4.2. Le Résonateur Diélectrique cylindrique
4.3. Antenne de référence
4.4. Antenne DRA avec superstrat
4.5. l’ antenne proposée
4.6. Comparaison des 3 antennes
4.7. Conception et réalisation d ‘un réseau d ‘une antenne MIMO
4.7.1Géométrie d’antenne
4.7.2 FSS
4.7.3 Conception de l’ antenne
4.7.4 Conclusion
Conclusion Générale

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