Réalisation et mise au point d'un système de brouillage GSM 900-1800

Institut Supérieur des Etudes Technologiques en Communications de Tunis

Département des Télécommunications

REF : TCOM_PFE

Projet de Fin d'Etudes



Réalisation et mise au point d'un système de brouillage GSM
900-1800

Réalisé par :

Yazid HMEYDI
&
Marouen BOUTHLIJA

TS5 - Transmission
Encadrés par :

Dr. Hafedh GAHA
&
Dr. Moez BALTI

4 b~us ceue _qui me sonb les plus chers

it~n pere

ita mere

ites sceurs

ites freres

4 b~us Ines aris eb 'a b~us ceue _qui m'onb aide

le d~die ce bratrait





4 ma chere et tendre mere

La femme _qui m'a tout offert pour réussir

4 mon cher pere

L'homme a _qui le dois tout le respect

4 ma sceur et a mon frère

En témoi_gna_ge de mon profond amour et respect,

qui le souhaite le succes et le bonheur

4 la petite an_ge 4M&4

(ue dieu la prote_ge et lui présertre le bonheur et la

santé

4 mes chers amis, tous ceue _que !'aime, tous ceue qui

m'aiment

Et tous ceue _qui me sont chers

~'offre ce tratrail _qui présente le fruit de leurs aides

et leur détrouement~

MAROUEN

Remerciements

Ce travail a été réalisé à l'Institut Supérieur des Etudes Technologiques en Communications de Tunis

Nos remerciements sont adressés à nos encadreurs Dr. Hafedh Gaha et Dr. Moez Balti qui ont dirigé notre projet de fin d'études,

pour l'intérêt qu'ils ont apporté à notre travail malgré leurs emplois du temps fort

chargés,

pour leurs engagements permanents, leurs conseils précieux, leur soutien constant et la confiance totale qu'ils nous ont accordée.

De même, nous profitons de cette occasion pour remercier tous les enseignants qui ont contribué à notre formation tout le long des années d'études à l'ISET'COM.

Marouen&Yazid

Table des matiéres

Liste des figures vi

Liste des tableaux viii

Introduction générale 1

Cahier des charges du projet 3

Chapitre 1 : Etude de l'état de l'art sur les antennes 4

1. Introduction 4

2. Comportement général des antennes hyperfréquences 4

3. Caractéristiques des antennes 4

3.1. Caractéristiques de rayonnement 5

3.2. Caractéristiques électriques 6

4. Etude d'antenne imprimée 7

4.1. Définition de l'antenne `Patch' 7

4.2. Choix de la technologie des antennes imprimées 8

4.3. Substrats 8

4.4. Méthodes d'alimentation 8

4.5. Caractéristiques de base 10

5. La mise en réseau d'antennes imprimées 10

6. Modélisation de l'antenne (logiciel ADS Momentum) 11

7. Conclusion 12

Chapitre 2 : Etude et conception du brouilleur GSM 13

1. Introduction 13

2. Etude des solutions préétablies et choix du scenario plausible 13

2.1. Etude des solutions préétablies 13

2.2. Choix du scenario préétabli 14

3. Conception du brouilleur GSM 14

3.1. Présentation du brouilleur GSM 14

3.2. Fonctionnement électronique du brouilleur 15

4. Antenne et adaptation 20

5. Schéma électronique du brouilleur GSM 21

6. Conclusion 22

Chapitre 3 : Conception et simulation des antennes 23

1. Introduction 23

2. Description de la structure rayonnante 23

3. Détermination des dimensions des `patchs' 23

3.1. Dimensionnement de la ligne d'alimentation quart d'onde 24

3.2. Détermination des dimensions de la ligne d'alimentation 24

4. Simulations du premier `patch' [935-960] MHz 25

4.1. Modèle schématique sous ADS 25

4.2. Simulation sous Momentum (Modèle électromagnétique) 28

5. Simulation du deuxième `patch' [1805-1880]MHz 32

5.1. Simulation sous ADS 32

5.2. Simulation sous Momentum 34

6. conclusion 39

Chapitre 4 : Réalisation et mesures 40

1. Introduction 40

2. Réalisation et Test sur plaque LABEC de la carte électronique 40

2.1. Vérification du bon fonctionnement des différentes étages de la carte 40

2.2. Test de la carte électronique avec l'analyseur de spectre 41

3. Environnement de mesures 44

4. Réalisation des antennes Imprimées 45

4.1. Choix du substrat 46

4.2. Mesure à l aide de l'analyseur de réseau (pratiquement) 46

5. Implémentation des antennes sur la carte électronique 52

5.1. Présentation d'ARES 52

5.2. Principe de routage 52

6. Conclusion 53

Conclusion générale 54

Bibliographie 55

ANNEXES 56

Annexe 1 : Fonctionnement du diode varicap 2

Annexe 2 : Présentation de l'ISIS et l'ARES 3

Annexe 3 : Les différents tests sur la plaque d'essai 5

Annexe 4 : Les prototypes simulés sous ADS 6

Annexe 5 : Mesure de l'antenne 1800 à 2 `patchs' 8

Annexe 6 : Les étapes de réalisation des circuits imprimés 9

Annexe 7 : Les « DATASHEET » (`NE555','MAR6','LM317','NE612) 10

Liste des figures

Figure 1.1. Diagramme de rayonnement observé sous ADS 5

Figure 1.2. Structure d'une antenne imprimée 7

Figure 1.3. Alimentation par ligne microruban 9

Figure 1.4. Fringing et permittivité effective 10

Figure 1.5. Exemple d'un réseau d'antennes sous ADS 11

Figure 2.1. Liaisons montante et descendante de la bande GSM 14

Figure 2.2. Synoptique de base du brouilleur 15

Figure 2.3. Bloc d'alimentation 15

Figure 2.4. Schéma interne du circuit NE555 17

Figure 2.5. Graphe des signaux V3 sur ISIS 18

Figure 2.6. Schéma du filtre passe bas en forme sous ADS 18

Figure 2.7. Réponse du filtre passe bas 19

Figure 2.8. Structure interne de SA612A 19

Figure 3.8. Montage électronique du brouilleur 22

Figure 3.1. Modèle schématique du `patch' [935_960] MHz 25

Figure 3.2. Variation du facteur S11 en fonction de la fréquence 26

Figure 3.3. Optimisation des dimensions du `patch' 27

Figure 3.4. Impédance d'entrée de l'antenne 28

Figure 3.5. L'antenne `patch' 28

Figure 3.6. Résultats de la première simulation sous Momentum 29

Figure 3.7. Impédance d'entrée sur l'abaque de Smith 29

Figure 3.8. Variation du facteur S11 en fonction de la fréquence 30

Figure 3.9. Courbe d'adaptation d'antenne 31

Figure 3.10. Digramme de rayonnement 31

Figure 3.11. Les paramètres de l'antenne à la fréquence centrale 32

Figure 3.12. Schématique de l'antenne sous ADS 32

Figure 3.13. Simulation de l'antenne avec les valeurs calculées 33

Figure 3.14. Simulation de l'antenne optimisée 33

Figure 3.15. Modélisation de l'antenne 1800 MHz 34

Figure 3.16. Résultats des simulations 34

Figure 3.17. Réponse du dipôle optimisé 35

Figure 3.18. Courbe d'adaptation de l'antenne 36

Figure 3.19. Diagramme de rayonnement en 3D 36

Figure 3.20. Paramètres d'antenne 37

Figure 3.21. Layout de l'antenne à deux `patchs' 37

Figure 3.22. Variation du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence 38

Figure 3.23. Impédance d'entrée de l `antenne 38

Figure 3.24. Diagramme du rayonnement 39

Figure 3.25. Les paramètres du `patch' 39

Figure 4.1. La carte sur la plaque d'essai 40

Figure 4.2. Visualisation du signal à la sortie du NE555 sur l'oscilloscope 41

Figure 4.3. Notre bruit en comparaison avec le signal généré par la BTS 42

Figure 4.4. Signal 900 MHz 42

Figure 4.5. Visualisation de l'effet de notre brouilleur 43

Figure 4.6. Effet de notre brouilleur sur les téléphones portables 44

Figure 4.7. Environnement de mesure 45

Figure 4.8. Mesure de l'antenne 900 MHz 47

Figure 4.9. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence de l'antenne 900 MHz 47

Figure 4.10. Mesure de l'antenne après la correction 48

Figure 4.11. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence après la correction 48

Figure 4.12. Abaque de Smith 49

Figure 4.13. Mesure de l'antenne 1842.5 MHz 49

Figure 4.14. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence 50

Figure 4.15. Mesure du deuxième antenne après l'ajout du cuivre adhésif 50

Figure 4.16. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence de l'antenne 1800 MHz 51

Figure 4.17. Abaque de Smith 51

Figure 4.18. Face de cuivre du circuit du brouilleur GSM 53

Liste des tableaux

Tableau 3.1. Dimensions des deux `patch' avant optimisation 25

Tableau 3.2. Dimensions d'antenne optimisée 30

Tableau 3.3. Le `patch' optimisé 33

Tableau 3.4. Antenne 1800 MHz optimisée 35

Introduction générale

La vague des innovations ne cesse de s'améliorer de jour en jour et particulièrement dans le domaine des télécommunications qui se trouve dans une période de globalisation et d'ouverture sur l'autre.

Après sa commercialisation en 1992, le réseau GSM (Global System for Mobile Communications) ne cesse d'évoluer, le nombre d'abonnés ne cesse d'augmenter pour dépasser les trois milliards en 2008 et continue à croître de façon considérable.

Pour cette raison, le téléphone restera encore longtemps et dans tous les pays du monde l'outil le plus utilisé et c'est ce qui explique le grand nombre de ses usagers. Mais conjointement à ce succès, l'usage abusif de ce fameux moyen de communication peut causer des problèmes à certains tel que le mauvais usage dans les salles des conférences, les salles de cinémas, les mosquées, ce qui nous a conduit à chercher de concevoir un brouilleur GSM afin de gérer le fonctionnement des téléphones portables dans ces endroits.

Aussi dans le domaine des télécommunications, les utilisateurs ont tendance à favoriser l'utilisation des dispositifs légers, de faible coût et peu encombrants. Les antennes imprimées permettent largement de répondre à ces exigences.

C'est dans ce cadre que s'inscrit notre projet de fin d'études intitulé « mise au point d'un système de brouillage GSM 900-1800 » où nous allons essayer d'étudier et réaliser un brouilleur GSM dans le but d'empêcher la réception des appels téléphoniques dans certaines situations. Ainsi que nous allons lui associer deux antennes assurant la bonne diffusion du signal brouillant. L'une dans la bande 935-960 MHz, l'autre dans la bande 1805-1880 MHz. En fait, ces deux bandes sont utilisés respectivement pour la réception des informations dans la norme GSM 900 et la norme DECT (Digital Européen Cordless Telecommunication) 1800.

Après avoir pris connaissance du cahier des charges nous avons décidé du type des antennes que nous allons réaliser, il s'agit des antennes imprimées utilisant la technologie Micro ruban.

A fin d'atteindre les objectifs de notre projet de fin d'études, nous proposons le découpage du présent rapport comme suit :

Un premier chapitre où nous allons faire une étude de l'état de l'art sur les antennes et sur leur mise en réseaux, nous nous intéressons aux antennes `patchs'.

Un deuxième chapitre sera consacré pour l'étude des solutions préétablies des brouilleurs dans l'ISET COM et choix du scenario plausible ainsi que la conception détaillée de la carte électronique en amont de nos antennes.

Dans le troisième chapitre nous passerons à la conception détaillée et à la simulation des deux antennes imprimées qui vont être associées à notre carte électronique.

Finalement, nous allons citer les procédures de réalisation de notre brouilleur ainsi que nos antennes en mettant en évidence les différentes mesures effectuées lors de cette phase.

Une conclusion générale résumant nos objectifs estimés et les limites de notre réalisation tout en présentant les perspectives envisageables.

Cahier des charges du projet

Cahier des charges du projet

V' Cadre général de travail

Une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques. L'antenne est un élément fondamental dans un système radioélectrique, et ses caractéristiques de rendement, gain et diagramme de rayonnement influencent directement les performances de qualité et de portée du système. De ce fait, l'efficacité d'un tel système de brouillage consistant à émettre un signal brouillant dépend du type d'antenne utilisé surtout dans les plages de fréquences hautes. Nous allons essayer, pendant ce projet, de concevoir deux antennes `patchs' émettrices afin de permettre l'émission avec le maximum de puissance du signal issue d'une carte électronique (brouilleur GSM 900-1800 ) que nous allons réaliser sur le front descendant.

V' Titre du projet

« Réalisation et mise au point d'un système de brouillage GSM 900-1800 »

V' Travail demandé


· Etude de l'état de l'art sur les antennes.

· Etude, critique des solutions préétablies et choix d'une solution plausible.

· Réalisation et test produit (électronique par étage).

· Déploiement des antennes sur le circuit.

Chapitre 1 : Etude de l'état de l'art sur les antennes

1. Introduction

Une chaine de transmission se compose principalement d'un émetteur, un récepteur et une voie de transmission. Dans le cas des ondes radioélectriques, l'antenne représente l'interface entre l'émetteur ou le récepteur et le milieu de propagation. Elle permet de convertir le signal électrique en signal radioélectrique à l'émission et vice-versa à la réception.

Dans ce chapitre, nous définissons les antennes et nous rappelons leurs différentes caractéristiques. En effet, la connaissance de ces paramètres tels que l'impédance d'entrée, le coefficient de réflexion a un rôle important dans l'étude du couplage pour prévoir éventuellement la désadaptation. Ce chapitre portera aussi sur une définition des antennes `patchs' et donnera leurs caractéristiques, leurs domaines d'utilisation, leurs avantages ainsi que leurs inconvénients. Ensuite, il portera sur une étude sur le type et l'endroit de l'alimentation.

2. Comportement général des antennes hyperfréquences

Une antenne est un transducteur entre la ligne de transmission, connectée à un générateur et le milieu où l'onde rayonne. Une antenne est considérée comme un dispositif de couplage entre une onde guidée le long de la ligne et une onde rayonnée dans l'espace. C'est un diapositif permettant de transformer l'énergie guidée en énergie rayonnée et vice versa. Ainsi, nous pouvons définir une antenne en émission ou en réception selon son mode de fonctionnement.

Les fréquences qui sont envisagées ici s'étendent de quelques centaines de MHz à quelques centaines de GHz, les hyperfréquences étant la gamme d'ondes hertziennes couvrant depuis le haut des fréquences UHF jusqu'aux ondes submillimétriques [1].

3. Caractéristiques des antennes

Une antenne d'émission est un élément conducteur qui transforme une énergie électrique en énergie de rayonnement électromagnétique. Une antenne de réception traduit un rayonnement électromagnétique en courant électrique induit. La même antenne peut servir à recevoir ou à émettre si elle est alimentée en courant (réciprocité des antennes) [2].

Une antenne est caractérisée par différents paramètres qui peuvent être classés en

caractéristiques de rayonnement et caractéristiques électriques.

3.1. Caractéristiques de rayonnement

3.1.1. Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement est une représentation de la façon dont l'antenne collecte ou rayonne l'énergie électromagnétique dans l'espace. Une antenne qui rayonne son énergie uniformément dans toutes les directions (c'est-à-dire avec la même amplitude) est baptisée antenne isotrope. Ce type d'antenne sert de référence quantitative. La représentation physique de son diagramme de directivité correspond à une sphère, car elle rayonne (ou collecte) une quantité d'énergie identique quelle que soit la direction examinée dans l'espace. Lorsque le rayonnement d'une antenne n'est pas uniforme, nous disons que cette dernière est directive. la figure ci-dessous représente le diagramme de rayonnement d'une antenne `patch' observé sous ADS.

Figure 1.1. Diagramme de rayonnement observé sous ADS 3.1.2. Puissance rayonnée Le vecteur de Poynting dans la zone de rayonnement est défini par [3] : 1 p = Re (E H*) × 2	(1.1)

La puissance totale rayonnée est égale au flux du vecteur de Poynting à travers une surface fermée entourant l'antenne [3] :



P = . SdP sphère

(1.2)

3.1.3. Directivité

La directivité d'une antenne caractérise la manière dont cette antenne concentre son rayonnement dans certaines directions de l'espace. Elle est définit par le rapport entre la densité de puissance créée dans une direction donnée et la densité de puissance d'une antenne

isotrope [3] :

D(O, ço) = u(O,p) ~~ 41r

(1.3)

3.1.4. Gain

Le gain d'une antenne par rapport à l'antenne isotrope est dû au fait que l'énergie est focalisée dans une direction, comme l'énergie lumineuse d'une bougie peut être concentrée grâce à un miroir ou une lentille convergente.

Il s'exprime en décibels dB par rapport à l'antenne isotrope.

3.1.5. Polarisation

La polarisation d'une onde TEM (Transverse Electro-Magnétique) est le type de trajectoire que décrit l'extrémité du champ E au cours du temps dans le plan transverse. Il existe trois types de polarisation :

> Polarisation linéaire : Le champ E n'a qu'une composante qui varie sinusoïdalement, sa trajectoire est donc un segment de droite. Un dipôle génère classiquement une onde TEM polarisée linéairement. Lorsque la polarisation de l'antenne est linéaire, le diagramme de rayonnement est celui d'un dipôle magnétique [9].

> Polarisation circulaire : Le champ E a deux composantes E_q et Ej de même amplitude et déphasées de 90 degrés, son extrémité décrit un cercle.

> Polarisation elliptique : La polarisation elliptique correspond au cas général d'un champ E comprenant deux composantes E_q et Ej d'amplitudes et de phases quelconques.

3.2. Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent l'antenne comme élément du circuit dans lequel elle est connectée. Ils permettent d'évaluer la charge apportée par l'antenne au circuit d'excitation et surtout de caractériser l'efficacité du transfert de puissance entre le système radioélectrique et le milieu de propagation. Plusieurs paramètres peuvent servir à cette caractérisation à savoir l'impédance d'entrée, le coefficient de réflexion et le rapport d'onde stationnaire.

3.2.1. Impédance d'entrée de l'antenne

Si on considère une antenne qui possède deux bornes d'entrée A et B et qui sont définies. Soient V_e la tension entre les bornes A et B et I_e le courant d'alimentation de

l'antenne. L'impédance d'entrée de l'antenne est donnée par Z= Ve

Ie

3.2.2. Coefficient de réflexion et ROS

Nous définissons la qualité d'adaptation d'une antenne soit en donnant son impédance

caractéristique (souvent 50 ohms), soit en donnant son niveau de coefficient de réflexion. Le plan situé entre la source d'émission et l'antenne présente une discontinuité caractérisée par le coefficient de réflexion S11. Par définition, ce coefficient (généralement exprimé en dB) est présenté par le rapport entre l'onde réfléchie et l'onde incidente à l'antenne. Le Rapport d'ondes Stationnaires, R.O.S, quantifie le niveau d'adaptation (ou plus exactement de désadaptation). Ce rapport tend vers 1 lorsque la chaîne est parfaitement adaptée, à l'infini, lorsque la chaîne est totalement désadaptée. Afin d'assurer une meilleure transmission d'énergie, plusieurs techniques d'adaptation se présentent telles que l'adaptation simple stub, double stub et quart d'onde.

3.2.3. Rendement

Le rendement est le rapport entre l'énergie rayonnée par une antenne et celle que lui fournit l'alimentation. Il est exprimé en pourcentage.

4. Etude d'antenne imprimée

4.1. Définition de l'antenne `Patch'

Une antenne imprimée est constituée d'une ou plusieurs plaques métalliques de fine épaisseur de forme géométrique appropriée (carré, rectangle, disque ou d'autres formes plus complexes) formant l'élément rayonnant, déposée sur une face d'un substrat diélectrique tandis que l'autre face est déposée sur une métallisation complète constituant le plan de masse.



Figure 1.2. Structure d'une antenne imprimée

L'emploi d'antennes `patchs' s'est quasiment généralisé dans tous les systèmes de communication mobile. Ces antennes sont légères, peu encombrantes et peu coûteuses .

Selon l'utilisation, nous trouvons de différentes formes d'éléments rayonnants, de multiples types de substrats ou encore de plusieurs types d'alimentation. Une antenne à éléments rayonnants imprimés est constituée d'un plan de masse, d'un ou plusieurs couches de substrats diélectriques et d'un ou plusieurs motifs conducteurs rayonnants de forme quelconque.

4.2. Choix de la technologie des antennes imprimées

Actuellement, les antennes imprimées deviennent de plus en plus importantes en raison de la grande variété des formes géométriques qu'elles peuvent prendre et qui les rendent applicables aux différentes situations d'intégration. Parmi les avantages de cette technologie d'antennes, on peut citer : le faible poids, leur volume réduit, la conformabilité et la possibilité d'intégrer les circuits micro-ondes au niveau des antennes. Ajoutons que la simplicité de leurs structures fait que ce type d'antenne est adapté au faible coût de fabrication.

Ceci est une propriété clé qui explique l'introduction des antennes imprimées dans les applications de la communication mobile. Cependant, cette technologie répondant bien aux besoins de notre application. Donc, la conception des antennes doit répondre à des compromis en termes de performances et de complexité de réalisation.

4.3. Substrats

Dans la pratique, les formes des éléments rayonnants les plus souvent utilisées sont le carré, le rectangle, le disque et l'anneau. Des géométries plus élaborées sont toutefois employées pour répondre à des contraintes spécifiques sur l'antenne (en particulier pour générer de la polarisation circulaire).

Les substrats exploités dans la conception des antennes imprimées sont nombreux. Leurs permittivités relatives varient de 1 pour l'air à des valeurs plus élevées 12. Parfois, il est préférable d'utiliser des substrats diélectriques de grande épaisseur et de basse permittivité dans le but d'avoir une grande efficacité, une large bande passante. Mais dans ce cas, la perte par onde de surface augmente et l'antenne devient de plus en plus encombrante. Au contraire, l'utilisation de minces substrats de permittivités élevées est conseillée pour les circuits micro-ondes parce qu'elle minimise les ondes de surfaces, les radiations non désirées et le volume de l'antenne. Toutefois, l'efficacité et la bande passante diminuent à cause de la grande perte dans le substrat.

4.4. Méthodes d'alimentation

L'excitation est un point très important à prendre en compte lors de l'étude des antennes imprimées. En effet, la manière dont l'énergie est fournie à l'élément rayonnant peut

influer directement sur son rayonnement et modifier ses performances. Parmi les techniques d'alimentations les plus utilisées on peut citer : l'alimentation par ligne micro ruban, sonde coaxiale, ligne à fente, guide d'onde coplanaire ou encore par couplage.

4.4.1. Ligne micro-ruban

C'est la technique la moins coûteuse et la plus aisée. Elle consiste à connecter, sur le bord du pavé rayonnant, une ligne micro-ruban à une impédance caractéristique fonction de sa largeur, de son hauteur et du matériau diélectrique qui la supporte.



Figure 1.3. Alimentation par ligne micro ruban

Une fois l'impédance au bord du `patch' est calculée ou mesurée, nous déterminons les dimensions de cette ligne micro ruban afin d'obtenir le transformateur d'impédance assurant l'adaptation entre l'antenne et le circuit d'alimentation. Une meilleure adaptation peut être obtenue en décalant la ligne micro ruban vers les extrémités du `patch'. Une autre méthode consiste à prolonger la ligne dans une encoche introduite dans l'élément rayonnant pour atteindre un point d'alimentation d'impédance plus faible .

4.4.2. Sonde coaxiale

Elle est effectuée en connectant l'élément rayonnant à l'âme centrale d'un connecteur coaxial traversant le plan de masse et le substrat diélectrique tandis que l'embase du connecteur est directement soudée au plan de masse.

4.4.3. Ligne à fente

Cette méthode se base sur le transfert de puissance de la ligne d'alimentation à l'élément rayonnant à travers une fente électriquement petite dans le plan de masse.

4.4.4. Guide d'onde coplanaire

Le guide d'onde coplanaire ou encore, permet d'avoir sur la même face du substrat la ligne d'alimentation et le plan de masse. Cette technique facilite

l'introduction des composants intégrés.

4.4.5. Ligne couplée

L'alimentation par couplage électromagnétique utilise le couplage direct d'une ligne micro ruban située entre le pavé rayonnant et le plan de masse, et positionnée entre deux

couches de diélectriques.

4.5. Caractéristiques de base

A cause des dimensions finies du `patch' en longueur et en largeur, les lignes de champs ne sont pas totalement immergées dans le substrat, comme l'indique la figure ci dessous, c'est ce qu'on appelle le fringing .



Figure 1.4. Fringing et permittivité effective Ceci crée deux effets :

> Le premier est l'apparition de la constante de permittivité relative effective åreff, elle est
généralement comprise entre 1 et la constante de permittivité relative du substrat .

1< åreff < å_r. En effet, pour compenser le fringing, mais supposons que le `patch' et les lignes de champs sont totalement plongés dans un seul substrat diélectrique équivalent, ce substrat remplace le substrat original et l'air, il donne les mêmes résultats que ces deux derniers. Ce substrat a åreff comme constante de permittivité relative.

> Le deuxième est l'apparition des dimensions électriques du patch qui sont généralement plus grandes que les dimensions physiques.

5. La mise en réseau d'antennes imprimées

L'utilisation d'une antenne unitaire s'avère souvent insuffisante pour répondre aux contraintes de rayonnement imposées. Des caractéristiques spécifiques, un gain élevé, un lobe

formé ne peuvent généralement être obtenus que par le regroupement de plusieurs sources rayonnantes pour former un réseau d'antennes[4].



Figure 1.5. Exemple d'un réseau d'antennes sous ADS

Le réseau d'antennes a été conçu et développé d'une façon rigoureuse et pratique afin de pouvoir transmettre ou pour capter des signaux de différentes largeurs, de fréquences simultanées ou d'une manière périodique. Il pourrait entre autre élargir la bande de fréquence du matériel conçu et faire baisser la courbe du coefficient de réflexion entre les pics déjà trouvés dans les cas de l'utilisation d'une seule antenne. L'architecture d'un réseau d'antennes dépend nécessairement des besoins pour lesquels il a été conçu et cela peut être proportionnel à la matière et à la bande de fréquence utilisée mais aussi du niveau de la courbure du coefficient de réflexion par rapport au niveau de référence qui est égal à -10dB.

6. Modélisation de l'antenne (logiciel ADS Momentum)

Notre projet est basé sur une série de simulations de structures rayonnantes à diverses fréquences à l'aide d'un simulateur électromagnétique qui s'appelle ADS Momentum. La technique de simulation qui est utilisée pour calculer les champs électromagnétiques dans les trois dimensions à l'intérieur d'une structure est basée sur la méthode des moments appliquée aux équations intégrales.

La simulation est bidimensionnelle en utilisant ce logiciel, la méthode utilisée dans la simulation est la méthode des moments. En fait, cette méthode s'applique dans le cas où le circuit passif peut être décomposé en un ou plusieurs milieux homogènes, le champ électromagnétique peut alors s'exprimer sous forme d'une intégrale surfacique. ADS divise la structure introduite en cellules élémentaires de forme rectangulaire et/ou triangulaire, il réalise alors une opération de meshing avant toute analyse de la structure introduite afin de pouvoir modéliser le fonctionnement de la source élémentaire.

Nous avons procédé par la méthode suivante pour représenter de façon informatique notre antenne à l'aide de l'outil Momentum :

1' Génération du layout de l'antenne à partir du modèle schématique ;

v' Création du substrat diélectrique : définir les différentes couches de substrats diélectriques et de métallisation ;

v' Création du dessin des différentes couches actives : représenter la zone de métallisation de la ligne d'alimentation, l'élément rayonnant et l'élément parasite ;

v' Maillage de la structure : fixer le degré de précision des calculs, ce qui influera sur la durée de la simulation. Afin de bien modéliser les effets de bord, on affine le maillage sur les bords ;

1' Simulations ;

v' Visualiser les principaux paramètres (diagramme de rayonnement, S11 et gain) ; v' Définir les fréquences extrêmes de la simulation ;

v' Présentation des résultats.

7. Conclusion

Ce chapitre est une illustration générale portant sur les antennes qui seront simulées dans les parties avancées de notre projet. Nous pouvons en conclure que les antennes sont d'une grande variété au niveau de leurs formes, caractéristiques ou même au niveau des domaines d'emploi et d'utilisation. Quand nous voulons décrire le fonctionnement d'une antenne particulière, certaines caractéristiques fondamentales, communes à tous les types d'antennes, sont données à savoir l'impédance d'entrée, le digramme de rayonnement, le gain, la polarisation, etc.

Plusieurs techniques existent pour les réaliser. Alors, pour assurer un bon fonctionnement, il faut choisir celle la plus adaptée à l'application envisagée. Dans notre cas, le choix s'est porté sur la technologie des antennes imprimées. Leurs avantages nombreux permettent de les utiliser dans différents secteurs et surtout dans les communications mobiles (satellite, avion, voiture, missile, téléphone portable,etc). Pour la conception de nos antennes, nous avons utilisé le logiciel ADS et son module Momentum permettant une résolution rigoureuse des équations d'électromagnétisme.

Chapitre 2 : Etude et conception du brouilleur GSM

1.Introduction

Nul ne peut ignorer la progression des technologies d'intégration pour répondre et satisfaire à tous les besoins de l'homme, mais l'usage exagéré de ces technologies peut causer des problèmes a certains, tel que le mauvais usage du téléphone mobile dans les salles des conférences, les salles de cinéma, les hôpitaux, et surtout dans les mosquées, ce qui nous a amené à chercher de concevoir un brouilleur GSM pour laisser le choix à l'usager de se décider s'il veut empêcher le fonctionnement du portable dans ces endroits.

2.Etude des solutions préétablies et choix du scenario plausible

2.1. Etude des solutions préétablies

Afin d'accomplir notre tâche et d'atteindre notre objectif, nous avons réétudié les anciens projets réalisés à l'ISET COM sur les systèmes de brouillages. Ces systèmes, malgré leur réussite partielle. Chaque système proposé a des défaillances que nous avons essayées d'en tenir compte dans notre travail.

v' Pour le premier projet [Brouilleur GSM piloté par PC' réalisé par Aissawi Rafik et

Dallali Jaber en 2004-2005], nous avons constaté que le système de brouillage réalisé à la
bande 900 MHz manque l'étage du 1800MHz qui est indispensable dans la téléphonie mobile

car les téléphones cellulaires basculent leur fonctionnement sur la bande 1800 MHz en cas ^oüla bande 900 MHz est non fonctionnels.

v' Concernant le deuxième projet [Etude et réalisation d'un brouilleur GSM réaliser par

Massoud Samir et Mansour MED Ali en 2006-2007], nos amis ont essayé d'ajouter cet étage de 1800MHz à celui du 900 MHz ce qui garantie un système de brouillage complet pour la téléphonie mobile, mais malgré ce faveur nous avons remarqué qu'il lui manque des antennes assurant la bonne diffusion du signal brouillant ce qui fait doter que leur brouilleur fonctionnerait.

v' Finalement pour le troisième projet [Etude et simulation des composants passifs et

déploiement d'une antenne GSM dans un brouilleur réaliser par Anis HACHANI et Raja SOEI en 2008-2009], nos amis ont essayé de déployer une antenne à l'étage qui assure le brouillage de la bande du 900MHz mais il nous manque toujours l'étage de la bande du 1800 MHz qui demeure indispensable.

2.2. Choix du scenario ^préétabliPour remédier ces défauts et répondre à notre objectif qui consiste à réaliser un système

de brouillage efficace assurant la bonne diffusion du signal brouillant dans la bande 900MHz ainsi que celle du 1800MHz, nous avons choisi de réaliser une carte électronique qui assure le brouillage des deux étages ainsi que deux antennes `patchs' opérantes respectivement dans la bande [935-960] MHz et dans la bande [1805-1880] MHz .

3. Conception du brouilleur GSM

3.1. Présentation du brouilleur GSM

3.1.1. Définition

Un brouilleur GSM est un émetteur qui, par son émission de fréquences, perturbe la réception des appels téléphoniques, il est appliqué à la téléphonie mobile, l'utilisation d'un brouilleur empêche, dans un périmètre limité, de recevoir et d'émettre des appels GSM. L'interdiction légale souffre néanmoins d'exceptions.

3.1.2. Principe et Avantages

3.1.2.1. Principe

Les téléphones portables opèrent dans la bande des 900MHz et 1800MHz, pour la bande de 900MHz, ils utilisent deux bandes de fréquence de 25MHz espacées de 45MHz, l'une pour la voie montante 890-915MHz mobile vers réseau, l'autre pour la voie descendante 935- 960MHz réseau vers mobile. Concernant la bande 1800MHz, la liaison descendante opère dans la bande [1805-1880]MHz.

Les portables utilisent une modulation numérique assez robuste avec code correcteur et dispersion temporelle et fréquentielle de l'information. De ce fait, le brouillage sera plus efficace sur la voie descendante, même si la puissance d'émetteur peut atteindre plusieurs dizaine de watt. La voie montante, nécessiterait une puissance de brouillage bien supérieure à celle du téléphone qui peut atteindre 1 à 2Watts.



Figure 2.1. Liaisons montante et descendante de la bande GSM [10]
14

3.1.2.2. Avantages

Cet appareil ne doit nécessiter aucune connaissance technique particulière et convient à tout lieu où l'usage du portable est déconseillé ou interdit tels que les hôpitaux, la mosquée, les centres médicaux, les théâtres, les cinémas, les musées, les galeries d'art, les salles de conférences, ....

3.1.2.3. Schéma synoptique



Figure 2.2. Synoptique de base du brouilleur

3.2. Fonctionnement électronique du brouilleur

3.2.1. L'alimentation

La carte de brouilleur devra comporter une alimentation régulée de 5V pour permettre le bon fonctionnement du circuit. Pour notre cas donc, nous avons utilisé une pile émettant la tension 9 volts continue ainsi qu'un régulateur 7805 afin d'avoir la tension de 5 volts souhaitée.



Figure 2.3. Bloc d'alimentation


· Régulateur de tension

Les fluctuations de la tension, qui sont par exemple à l'origine du bruit peuvent être filtrées à l'aide d'un condensateur : plus la capacité du condensateur est grande, moins il y

aura de fluctuations de la tension. Pour contrôler la tension et réduire ces fluctuations, on peut également utiliser un régulateur, qui délivre une tension interne indépendante des fluctuations éventuelles du secteur. Parmi les régulateurs les plus simples et les plus fréquents, nous citons le régulateur de tension 7805, c'est un circuit intégré, qui comme son nom l'indique, régule la tension. Un régulateur se reconnait par son numéro; les deux premiers chiffres indiquent le type de régulateurs ; positive ou négative c'est-à-dire s'il va sortir une tension positive entre S (sortie) et M(masse) ou une tension négative entre S (sortie) et M (masse) .

v' Les régulateurs 78 sont des régulateurs positifs.

v' Les régulateurs 79 sont des régulateurs négatifs.

Les deux derniers chiffres indiquent la tension de sortie 05, 08, 12 ,15 ,18 volts. Ainsi le régulateur 7805 a une tension de sortie de +5 volts entre la sortie et la masse. Ce régulateur est très utilisé pour les alimentations des circuits numériques. En effet, ces circuits doivent recevoir une tension parfaitement stable pour fonctionner correctement. Ce circuit intégré est capable de fournir 5 volts sous 500mA ce qui est tout a fait suffisant pour les applications courantes et en particulier pour l'alimentation de tous les circuits de notre carte.

3.2.2. Modulateur

Tout signal transportant une information doit passer par un moyen de transmission entre l'émetteur et le récepteur. Une fois élaboré, le signal est rarement adapté à la transmission directe par le moyen choisi. Il faut le modifier avant de commencer sa transmission. La modulation peut être définie comme le processus par lequel le message est transformé de sa forme originale en une forme adaptée à la transmission. C'est un processus qui peut être réalisé en utilisant une porteuse haute fréquence, dont les paramètres varient suivant des fonctions linéaires du message à transmettre.

Le réseau GSM utilise la modulation GMSK ( Gaussien Minimum Shift keying ) qui est une forme évoluée de la modulation FSK (Frequency Shift Keying), elle est réalisée en faisant passer le signal binaire, avant modulation, au travers d'un filtre passe-bas, ce filtre passe-bas remplace les fronts montants et descendants par une transition progressive, ce qui diminue la largeur spectrale du signal modulé. Il en résulte que, pour un même débit binaire, la modulation GMSK a comme avantage d'occuper une largeur de bande moins importante que la modulation FSK classique. Une porteuse GSM modulée occupe une largeur de 200 kHz (100 kHz de chaque côté de la fréquence de la porteuse non modulée).

3.2.3. Générateur de radio fréquence


· Oscillateur BF

Les oscillateurs BF sont constitués par un amplificateur (amplificateur opérationnel ou

transistor) sur lequel on effectue une réaction de la sortie sur l'entrée au moyen d'un circuit RC. Le NE555 est un oscillateur monostable. Il est composé de deux comparateurs de tension, une bascule RS et un transistor pour la décharge.

> Etude du circuit NE 555



Figure 2.4. Schéma interne du circuit NE555 [11]

Le NE555 est composé de deux comparateurs de tension, une bascule RS et un transistor pour la décharge. La composition est très simple, mais c'est un circuit très efficace.

> Fonctionnement

ü Premier temps : Au temps T°, le condensateur est déchargé. L'impulsion de déclanchement (tension inférieur à 1/3 de "cc) appliquée sur la borne 2 met le bistable interne en position « charge », ce qui bloque le transistor ; la sortie est à l'état haut.

ü Deuxième temps : Le transistor étant bloqué, le condensateur se charge à travers la résistance selon la loi :

"_C = "_CC r^--e-Rtc] (2.1)

ü Troisième temps : le comparateur 1 change d'état et ramène le bistable interne dans sa configuration initiale, ce qui entraîne la saturation du transistor et le décharge de C.

> Calcul de la fréquence d'oscillation

La fréquence d'oscillation de cet oscillateur est déterminée selon la valeur de La capacité C, la résistance Ra et la résistance Rb .

Le temps pour que la sortie de l'oscillateur soit au niveau haut « H » et aussi pour qu'elle soit au niveau bas «L» est déterminé comme suit :

Th =ln 2 *(R_a+Rb)*C1 ; niveau haut
Tl=ln 2 *Rb*C1; niveau bas
La période T =Th+Tl=ln 2*(R_a+2Rb) C1

1.44

La fréquence F = 1

h+ t =

(Ra+2Rb)C1

Pour notre cas on a Ra =Rb, soit C1 = 0.01uF, nous obtenons ,Ra=Rb=3.607K?

La courbe ci-dessous représente le signal à la sortie de l'oscillateur NE555 (tension en fonction du temps).



Figure 2.5. Graphe des signaux V3 sur ISIS


· Les filtres

Le filtrage est une opération indispensable en électronique. Elle assure la rejection des bandes ou des fréquences indésirables dans un étage, la sélection d'une bande ou d'une fréquence utile dans une autre. Les filtres sont, généralement, composés des bobines, des condensateurs et des résistances. Une étude préalable des courbes de réponse des filtres s'impose avant leur utilisation dans un montage électronique. La figure ci-dessous représente la réponse d'un filtre passe bas sous ADS.



Figure 2.6. Schéma du filtre passe bas en forme sous ADS



Figure 2.7. Réponse du filtre passe bas

Le NE555 nous permet d'avoir un signal de fréquence de 200 KHz que nous l'avons limité à une bande de fréquence de largeur 25MHz à l'aide d'un filtre passe bas. Nous avons besoin d'une porteuse de 900MHz et d'une porteuse de 1800MHz (mêmes porteuses des signaux émis par une BTS) donc, nous allons utiliser deux oscillateurs HF et deux mélangeurs.

> Oscillateur HF et Mélangeur

Ces oscillateurs sont constitués d'un élément actif, un transistor bipolaire ou un FET et d'un réseau de réaction accordé sur la fréquence d'oscillation [5]. Le réseau de réaction utilise des selfs et condensateurs. Les selfs ne sont pas utilisées aux basses fréquences car leur encombrement est trop important. Nous intéresserons dans notre projet à la modulation d'amplitude qui permet d'effectuer le mélange du signal BF avec le signal issu de l'oscillateur HF. Nous utiliserons pour la réalisation de cette partie le circuit intégré SA612 présenté par la figure 2.8.



Figure 2.8. Structure interne de SA612A [12]

Le SA612A est un circuit intégré réalisant les fonctions d'oscillateur UHF de l'ordre de 900MHz et de 1800MHz. Il est reconnu pour son faible prix, sa faible consommation d'énergie, son faible bruit et son gain assez important (voir data sheet de SA612A).

Les caractéristiques de ce circuit sont les suivantes :

1' Gain de conversion : 4dB.

1' Facteur de bruit : N=5dB.

1' Niveau d'oscillateur local : entre 200 et 300 mV crête - crête.

1' Application (téléphonie mobile, Emetteur /Récepteurs VHF, convertisseur de fréquences HF...etc.).

Pour occuper la bande de fréquence [935_960MHz] et la bande [1805_1880], il est donc indispensable de configurer le SA612A pour qu'il oscille chacune des fréquences centrales:

F0 = Fmax + Fmin = 935 + 960 = 947.5 MHz.

2 2

F0 =	Fmax+Fmin	1805 + 1880 = 2	= 1842.5 MHz.
	2

Il est indispensable d'associer à ce circuit un système de régulation de fréquence commandé par tension. Nous avons opté à L'utilisation d'une diode Varicap reliée à un potentiomètre. L'analyseur de spectre nous permet de voir la variation de la fréquence d'oscillation en ajustant la valeur du potentiomètre . Le fonctionnement de la diode varicap est décrit en annexe 1.

A l'aide du circuit SA612A nous avons obtenu une porteuse 900MHz, et avec un autre, une porteuse 1800 MHz. Ces deux signaux doivent être amplifiés avant qu'ils soient émis, ses puissances varieront selon le besoin, pour cela nous avons besoin d'un amplificateur de puissance.

3.2.4. Amplificateur

L'amplificateur de puissance est l'élément actif clé d'un système de communications (station de base, téléphones mobiles, satellites...), car c'est le principal consommateur d'énergie. Son rôle est d'amplifier le signal radiofréquence ou hyperfréquence grâce à la transformation de l'énergie continue. Nous avons opté pour notre application à l'amplificateur MAR6 -MSA 0685- qui est un circuit intégré hyperfréquence de très grande performance Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) hébergé dans un emballage plastique (voir DATA SHEET de Monolithic Amplifier MAR-6).

C'est un amplificateur qui peut fonctionner et de faire ses preuves même pour des gammes de très hautes fréquences qui peuvent atteindre 25 GHz.

4. Antenne et adaptation

Lorsqu'une charge d'impédance quelconque est placée à l'extrémité d'une ligne

d'impédance caractéristique différente (en général 50 ou 75 ohms), il y a apparition d'une perte de puissance entre la ligne et la charge due à la réflexion d'une partie de l'onde à l'entrée de la charge.

Pour limiter ce phénomène, il convient donc d'adapter la charge à la ligne. Le circuit d'adaptation représente un filtre LC destiné à adapter l'impédance de source représenté par MAR6 avec l'impédance de charge qui est l'antenne comme dans notre cas.

Pour déterminer les valeurs de l'inductance L et la capacité C, nous avons fait le calcul suivant :

B = ~

2mvL*C D'où L= 1

$C²*c*I^H

· Pour f=947.5 MHz

Soit C =30pF donc L=10uH

· Pour f=1842.5 MHz

Soit C =10pF donc L=782.5nH

5. Schéma électronique du brouilleur GSM

Après avoir choisi les différentes étages du circuit brouilleur nous avons abouti grâce au logiciel ISIS qui permet de réaliser le schéma électronique d'un tel montage (annexe 2) au circuit finale de notre brouilleur GSM.



Figure 3.8. Montage électronique du brouilleur

6. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons essayer d'analyser les différents modules constituants le brouilleur GSM, ainsi qu'optimiser les procédures de conception jusqu'à l'obtention du circuit solution de notre brouilleur.

Chapitre 3 : Conception et simulation des antennes

1. Introduction

Nous proposons de réaliser deux antennes émettrices de type `patchs', une opérante dans la bande de fréquence [935-960] MHz ainsi qu'une antenne opérante dans la bande [1805-1880] MHz pour les utiliser dans le brouilleur. Cette étape contient les calculs théoriques nécessaires, la modélisation électrique et électromagnétique sous ADS, les résultats des simulations (niveau d'adaptation, visualisation du courant, diagramme du rayonnement...) et l'analyse et l'interprétation des résultats.

2. Description de la structure rayonnante

La structure rayonnante est composée de l'antenne `patch' et de la ligne d'alimentation qui assure l'adaptation entre la source et l'aérien. Les matériaux constituants la bande de dimensions (W et L) et le plan de masse sont supposés parfaitement conducteurs et d'épaisseur négligeable.

Le substrat utilisé est l'EPOXY dont les caractéristiques sont (er = 4.32 et tanS = 0.018). Ce substrat est très répandu sur le marché en plusieurs dimensions et à faible coût, et souvent utilisé dans la réalisation des antennes `patchs'.

3. Détermination des dimensions des `patchs'

Soit :

v' F : La fréquence de fonctionnement, dans notre cas c'est la fréquence centrale.

v' C : Célérité de la lumière C = 3e8 m/s.

v' E_Qff : Permittivité effective du substrat.

v' ëg : Longueur d'onde guidée.

v' h : hauteur de substrat qui est égale à 1.53 mm.

La largeur W pour un `patch' de forme rectangulaire est donnée par la formule approximative suivante [6] :

w =

C

(3.1)

2fJ

^LW"1 2

La propagation des ondes dans une ligne microbande s'effectue à la fois dans le milieu diélectrique et dans l'air. Du point de vue modélisation, les deux milieux sont remplacés par un milieu effectif caractérisé par une constante diélectrique exprimée par [6] :

-1

Eeff =

Er+l + Er~l & &

[2+12^" []

^2 (3.2)

Le `patch' est électriquement étendu d'une valeur AL de chaque coté tel que [6] :

(Ereff+O.3)(' h +O.264)

?` = 0.412h (Ereff_O.258)(' _h ";.lj (3.3)

La longueur du `patch' est déterminée comme suit [6] :

~ K = ^2f/Eeff

2?L (3.4)

3.1. Dimensionnement de la ligne d'alimentation quart d'onde

Pour concevoir la ligne quart d'onde à placer entre la source et l'antenne, nous devons déterminer la résistance d'entrée au bord du `patch' R. Pour cela, nous avons appliqué une procédure indiquée dans [7].

2

1

R = Avec K = q; fW

1 st pour W« 2t.o (3.5)

2K

Pour l'antenne conçue dans ce projet, nous avons introduit une ligne quart d'onde. Une telle ligne peut servir d'adaptateur puisqu'elle permet d'effectuer une transformation d'impédance. Elle possède une impédance caractéristique zc égale à :

zc = ze~R av'ec ze = 50 ~ (3.6)

3.2. Détermination des dimensions de la ligne d'alimentation [7]

L' =

ëg 4 (3.7)

W ' 8e^A

h = e2A - 2 (3.8)

Avec A =

, z LW + 1 60 (2 )~ & † + LW - 1 LW + 1 ~0.23 + 0.11 ~ (3.9) LW

A partir des formules précédentes nous avons pu calculer les dimensions des `patchs' ainsi que les dimensions des lignes d'alimentation. Le tableau ci-dessous récapitule les résultats retenus.

Tableau 3.1. Dimensions des deux `patch' avant optimisation

		Antenne 900		Antenne 1800	Largeur du patch w (mm)
97.05		49.916		Longueur du patch L (mm)
76		38.88		Ligne quart d'onde
Longueur L^'(mm)	38.71	20.14
	0.155	0.155		constante diélectrique Eeff
4.18		4.08		impédance caractéristique Zc (~)
154.75		154.5

4. Simulations du premier `patch' [935-960]MHz

4.1. Modèle schématique sous ADS

A partir des valeurs calculées précédemment, nous réalisons une simulation sur le logiciel ADS. Le schéma du circuit est le suivant :



Figure 3.1. Modèle schématique du `patch' [935_960] MHz

La simulation dans la bande de fréquence 0,8 GHz à 1 GHz avec un pas de 10 MHz nous donne un résultat inacceptable, le pic du coefficient de la réflexion S11 est en 960 MHz.



Figure 3.2. Variation du facteur S11 en fonction de la fréquence

La figure ci-dessus donne la valeur de l'impédance d'entrée de l'antenne en fonction de la fréquence sur l'abaque de Smith donnée par le logiciel de simulation ADS. Nous remarquons que la courbe d'adaptation n'est pas au centre de l'abaque de Smith qui forme le point d'adaptation. Notre antenne n'est pas adaptée à 50 Ù dans la bande de fonctionnement. Nous passons maintenant à l'optimisation des dimensions de notre `patch', l'interface TUNING dans le menu Tools nous permet de voir simultanément la variation du coefficient S11 en fonction du variation des dimensions de la ligne quart d'onde et du `patch' .



Figure 3.3. Optimisation des dimensions du `patch'

Le pic est centré sur la fréquence centrale de notre bande [935-960]MHz avec un minimum de -52.168 dB. En effet, la courbe représentative de la variation du facteur S11 en fonction de la fréquence est parfaitement acceptable vu qu'elle est étalée sur la bande voulue, inferieur a -10 dB avec un minimum de -10.020 dB pour une fréquence égale a 953 Mhz (m2) et une valeur de -10.106 dB pour la fréquence 942 MHz. La figure 3.4 donne la valeur de l'impedance d'entrée de l'antenne sur l'abaque de Smith. Nous pouvons dire que notre antenne est presque adaptée à 50 ohm dans la bande [935-960] MHz.





W'

L'

W

L

Figure 3.4. Impédance d'entrée de l'antenne

4.2. Simulation sous Momentum (Modèle électromagnétique)

4.2.1. Première antenne

Nous générons le layout correspondant au modèle schématique. Nous définissons le substrat, et nous ajoutons le port d'excitation. Le maillage adopté dans cette simulation est de 15 cellules par longueur d'onde, ce qui est ici suffisant pour obtenir la convergence du simulateur. L'antenne est représentée par la (Figure 3.5).

Notre patch possède les dimensions suivantes : W=78.8 mm L=77.44 mm L '=15.2 mm W'=1.155 mm

Figure 3.5. L'antenne `patch'



Figure 3.6. Résultats de la première simulation sous Momentum

L'etude analytique de la courbe representative de la variation du facteur S11 en fonction de la fréquence ( Figure 3.6) montre un resultat non acceptable, l'antenne résone sur la fréquence 929.4MHz (m1) au lieu de 947.5 MHz(m2),le parametre S11 est au dessus de la valeur seuil tolérée (-10 dB) tout le long de notre bande avec une reponse de - 4.447 Db pour la fréquence centrale 947 Mhz. La représentation de S11 sur l'abaque de Smith est donnée par la Figure 3.7.



Figure 3.7. Impédance d'entrée sur l'abaque de Smith

4.2.2. Deuxième antenne

Nous avons optimisé les dimensions de notre antenne afin de centrer le pic en 947.5 MHz et l'adapter. L'antenne possède les dimensions suivantes :

Tableau 3.2. Dimensions d'antenne optimisée

Largeur du patch w (mm)		87 mm	Longueur du patch L (mm)
75.75 mm		Longueur L^'(mm)
20 mm		Largeur W ^'(mm)
1.3 mm



Figure 3.8. Variation du facteur S11 en fonction de la fréquence

Dans la figure ci-dessus, nous remarquons qu'il y'a une augmentation en valeur absolue du coefficient de réflexion S11. En effet, la courbe représentative de la variation du facteur S11 en fonction de la fréquence est presque acceptable vu qu'elle est étalée sur la bande désirée avec un minimum de - 42.84dB pour une fréquence égale à 947.6 MHz.



Figure 3.9. Courbe d'adaptation d'antenne

La figure d'adaptation montre l'impédance d'entrée de l'antenne sur l'abaque de Smith de simulateur. Pour cette antenne nous avons remarqué qu'elle est parfaitement adaptée au centre de l'abaque, en effet, la partie réelle de l'impédance réduite est égale à 1.005 alors que la partie imaginaire tend vers 0.

Dans les figures 3.10 et 3.11, nous voyons le diagramme de rayonnement de l'antenne en 3 dimensions simulée ainsi que les différents paramètres de l'antenne (gain, directivité, etc) .



Figure 3.10. Digramme de rayonnement



Figure 3.11. Les paramètres de l'antenne à la fréquence centrale

Le diagramme de rayonnement montre que l'antenne rayonne bien dans toute la direction. La figure (3.11) représente les différents paramètres de l'antenne donnés par le logiciel de simulation ADS, Ce dernier a une directivité 7.34 (dB) et un gain de l'ordre 0.835 (dB).

5. Simulation du deuxième `patch' [1805-1880] MHz

5.1. Simulation sous ADS

A partir des valeurs calculées précédemment, nous réalisons une simulation sur le logiciel ADS. Le schéma du circuit est le suivant :



MLIN TL2

Subst="MSub1"

W =X mm

L=Y mm



MSTEP Step1

Subst="MSub1"

W1=49.916 mm

W2=X mm



MLOC TL1

Subst="MSub1"

W =49.916 mm

L=38.28 mm



MSub

MSUB MSub1

H=1.52 mm

Er=4.32

Mur=1

Cond=1.0E+50

Hu=1.0e+033 mm

T=0.35 mm

TanD=0.018

Term Term1

Num=1

Z=50 Ohm

S-PARAMETERS

S_Param SP1

Start=1.5 GHz

Stop=2 GHz

Step=0.1 MHz

VAR VAR1

X=0.155

Y=20.14

Var

Eq n



Port

P1 Num=1

Rough=0 mm

Figure 3.12. Schématique de l'antenne sous ADS



Figure 3.13. Simulation de l'antenne avec les valeurs calculées

Les résultats de simulation présentés par la figure ci-dessous nous donnent un pic à la fréquence 1891MHz alors que le pic du coefficient de réflexion S11 doit être au niveau de la fréquence centrale de la bande [1805-1880]MHz c'est à dire à 1842.5 MHz. La commande TUNING nous a permis d'optimiser les dimensions de notre `patch' illustrés dans le tableau suivant :

Tableau 3.3. Le patch optimisé

Largeur du patch w (mm)		48.mm	Longueur du patch L (mm)
36.37mm		Longueur L^'(mm)
18.2mm		Largeur W ^'(mm)
1.4mm



Figure 3.14. Simulation de l'antenne optimisée

La figure 3.14 représente le comportement du coefficient de réflexion S11 (en dB) en fonction de la fréquence. Nous constatons que S11 atteint un niveau de -46.685dB à la fréquence 1.842 GHz. Ce résultat est bien satisfaisant puisqu'il montre que notre antenne résonne à la fréquence désirée.

5.2. Simulation sous Momentum

5.2.1. Premier prototype

Nous générons le layout correspondant au modèle schématique .La modélisation de l'antenne sous momentum est représentée par la figure suivante.



48.916 mm

1.3 mm

19.18mm

19.2 mm

38.37 mm

Figure 3.15. Modélisation de l'antenne 1800 MHz



Figure 3.16. Résultats des simulations

Les résultats des simulations présentés par la figure ci-dessous nous donne un pic à la fréquence 1882 MHz alors que le pic du coefficient de réflexion S11 doit être au niveau de la fréquence centrale de la bande [1808-1880]MHz c'est adire à 1842.5 MHz.

5.2.2. Deuxième prototype

En gardant la même forme de notre `patch' nous avons optimisé ses dimensions qui sont illustrées au tableau suivant :

Tableau 3.4. Antenne 1800 MHz optimisée

Largeur du patch w (mm)		48.916 mm	Longueur du patch L (mm)
38.37 mm		Longueur L^'(mm)
19.2 mm		Largeur W ^'(mm)
1.3 mm

Les résultats de simulation sont présentés ci-dessous.



Figure 3.17. Réponse du dipôle optimisé

Dans la figure ci dessus nous remarquons qu'il y'a une augmentation en valeur absolue du coefficient de réflexion S11. En effet la courbe représentative de la variation du facteur S11 en fonction de la fréquence est presque acceptable vu qu'elle est étalée sur la bande désirée avec un minimum de - 48.578dB pour une fréquence égale à 1842 MHz. Cette courbe valide notre démarche d'optimisation .



Figure 3.18. Courbe d'adaptation de l'antenne

La figure d'adaptation montre l'impédance d'entrée de l'antenne sur l'abaque de Smith de simulateur. Pour cette antenne nous avons remarqué qu'elle est parfaitement adaptée au centre de l'abaque, en effet la partie réelle de l'impédance réduite est égale a 0.99 alors que la partie imaginaire est égale 0.008.

Le digramme de rayonnement est représenté ci-dessous.



Figure 3.19. Diagramme de rayonnement en 3D

Nous obtenons bien un seul lobe (lobe principal) qui correspond au diagramme de rayonnement théorique d'une antenne `patch' rayonnante dans la demi-espace au dessus du pavé.



Figure 3.20. Paramètres d'antenne

La figure (3.21) représente les différents paramètres de l'antenne donnés par le logiciel de simulation ADS . Ce dernier a une directivité 6.29 (dB) et un gain de l'ordre -0.225 (dB), Ce gain négatif est du a des pertes au niveau du substrat tanä= 0,018 et au niveau du diélectrique.

Pour améliorer les performances de notre antenne nous avons opté pour la méthode de mise en réseau des antennes. En fait, on améliore le gain d'une antenne en concentrant l'énergie rayonnée dans un lobe principal, ce qui implique que, d'un point de vue général, une antenne directive est aussi une antenne à gain [8].

5.2.3. Troisième prototype

En utilisant le dimensionnement déterminé précédemment, nous avons simulé l'antenne complète. Nous en présentons la géométrie dans la figure 3.22. La mise en réseaux de deux antennes `patch' nous permet d'augmenter le gain, la directivité ainsi que la bande passante.

Figure 3.21. Layout de l'antenne à deux `patchs'



Figure 3.22. Variation du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence



Figure 3.23. Impédance d'entrée de l `antenne

Les résultats de simulation nous donnent un résultat acceptable, en fait notre `patch' résonne à la fréquence centrale 1.8425 GHZ avec un minimum égale a -41 dB. La figure d'adaptation montre l'impédance d'entrée de l'antenne sur l'abaque de Smith de simulateur. Pour cette antenne nous avons remarqué qu'elle est parfaitement adaptée au centre de l'abaque, en effet la partie réelle de l'impédance réduite est égale a 0.98 alors que la partie imaginaire tend vers 0.

Le digramme de rayonnement ainsi que les différents paramètres de notre `patch' sont illustrés dans les figures ci-dessous.



Figure 3.24. Diagramme du rayonnement

Figure 3.25. Les paramètres du `patch'

6. conclusion

Nous avons vu que dans telles structures, le nombre des paramètres à régler est plus grand et par suite l'optimisation est plus difficile. Malgré cette difficulté, nous sommes arrivés à les optimiser et les résultats obtenus sont satisfaisants.

Chapitre 4 : Réalisation et mesures

1. Introduction

Dans ce chapitre, nous allons présenter comment nous avons déployé réellement les différents modules et composants de notre brouilleur à savoir les antennes et la carte électronique sur le plan pratique et un passage primordial à leurs améliorations et à leur optimisation nécessaire en termes de dimensionnement et de fiabilité.

Cette partie sera concernée à la réalisation pratique de l'application en question , d'où, la nécessité de présenter l'environnement de développement permettant la préparation des circuits imprimés, ainsi que les différentes phases de leurs implantations.

2. Réalisation et Test sur plaque LABEC de la carte électronique

2.1. Vérification du bon fonctionnement des différentes étages de la carte

Nous avons commencé à réaliser le circuit sur une plaque LABEC. Cette plaque dotée de trous munis à leur fin d'un fil conducteur et permettant l'insertion de composant sans souder (Voir figure ci dessous).



7805

NE555

NE612

LM317

MAR6

Figure 4.1. La carte sur la plaque d'essai

Après l'implémentation des composants sur la plaque, nous avons essayé de tester tous les étages du circuit.

En premier lieu, nous avons testé l'alimentation afin de garantir une tension de 5V pour les différents composants de notre carte, ainsi qu'une tension de 3.4V au niveau de l'amplificateur MAR-6 à partir d'une pile délivrant 9V. Les résultats des différents tests sont représentées dans l'annexe 3.

Après avoir garantis le bon voltage aux différents étages de notre circuit, nous avons essayé de visualiser le signal à la sortie de l'oscillateur NE555 qui doit nous emmener un signal carré de fréquence 200 kHz qui doit être modulé et transporté sur la fréquence 900 MHz et 1800 MHz centrées respectivement sur 947.5 MHz et 1842.5 MHz (Voir figure 4.2).



Figure 4.2. Visualisation du signal à la sortie du NE555 sur l'oscilloscope Cette visualisation de la tension en fonction du temps nous donne les valeurs suivantes : La fréquence est égale à 216 KHz, la tension vaut 5.094 V.

2.2. Test de la carte électronique avec l'analyseur de spectre

Une fois la vérification de la partie basse fréquence de notre carte est achevée, nous passons à la visualisation des porteuses générées à la sortie du circuit oscillateur NE612 afin d'être amplifiées par l'amplificateur MAR-6 et visualisées à l'aide de l'analyseur de spectre. Notre signal 900 MHz (bruit) est un peu décalé du signal généré par la BTS (Base Transeiver Station) comme l'indique la figure ci-dessous.



Figure 4.3. Notre bruit en comparaison avec le signal généré par la BTS

Un réglage des potentiomètres RV1 et RV2 (montage électronique) après l'ajout d'autres potentiomètres (22K1 et 407K1) en série ainsi qu'un réglage des résistances assurant la condition d'accrochage de l'oscillateur NE555 nous a permis d'avoir deux pics au fréquences 936 MHz et 1850 MHz donnés par les figure 4.4 et 4.5.



Figure 4.4. Signal 900 MHz



Figure 4.5. Visualisation de l'effet de notre brouilleur

Remarquons l'existence de trois pics occupant trois bandes :

· Le premier couvrant la bande [935-980] MHz assurant le brouillage du flux GSM descendant.

· Le deuxième couvrant la bande [1.45-1.5] GHz.

· Le troisième couvrant la bande [1.83-1.88] GHz assurant le brouillage du flux GSM descendant aussi.

L'application réelle de notre brouilleur nous donne un bon résultat. Notre brouilleur permet de minimiser le niveau de puissance reçue par le téléphone portable jusqu'à l'éteindre. La figure 4.6 nous donne l'effet de notre brouilleur sur les téléphones portables des deux opérateurs. Le problème de la portée illimitée demeure l'objet d'optimisation de notre brouilleur. Nous l'avons essayé dans les classes, dans les chambres du foyer de notre institut. Notre brouilleur est efficace lorsqu'on s'éloigne du BTS c'est-à-dire lorsque la puissance du signal descendant diminue. Nous avons songé à ajouter un autre MAR-6 pour amplifier notre signal émis afin de couvrir d'avantage le signal à brouiller.



Figure 4.6. Effet de notre brouilleur sur les téléphones portables

3. Environnement de mesures

Les réglages et les mesures ont été effectuées dans le laboratoire des faisceaux hertziens à l'ISET'COM décrit dans la figure 4.7.



1

4

3

5

2

Figure 4.7. Environnement de mesure

Légende de la figure

1. Analyseur de spectre ; 4. Générateurs de fréquence, de tension

2. Oscilloscope ; 5. Metrix

3. Ordinateur

Nous avons profité du matériels mis à notre disposition à savoir :

· Un Analyseur vectoriel de réseau HP 8719ET de Agilent fonctionnant dans la bande de fréquence allant de 50 MHz jusqu'à 13.5 GHz, dans le but de mesurer l'efficacité des antennes ainsi leurs coefficient de réflexion, le ROS, etc.

· Adaptateur BNC assurant l'adaptation et la liaison entre l'antenne et l'analyseur ;

· Fiche mâle en base soudée au point d'excitation ;

· Des kits de calibrages pour initialiser les mesures de l'analyseur ;

· Un écran pour faciliter la visualisation des résultats ;

· Des connecteurs stables pour raccorder les différents types d'éléments présents.

4. Réalisation des antennes Imprimées

La réalisation est une étape très importante pour accomplir un travail portant sur l'étude d'antenne. Elle permet la concrétisation des résultats théoriques obtenus lors de la conception et la simulation. Pour aboutir à la construction d'antennes fiables et perfectionnées, nous avons passé par un nombre important d'étapes qui se dévoilent nécessairement en premier lieu

dans la phase de simulation des antennes à travers les logiciels utilisés et ensuite dans la phase de réalisation qui s'est déroulée dans le magasin électronique puis dans le laboratoire des faisceaux hertziens de l'ISET'COM. La comparaison entre la théorie et la pratique permet d'améliorer et d'optimiser les résultats et alors d'obtenir des prototypes plus ajustés aux spécifications du cahier des charges.

4.1. Choix du substrat

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'utilisation de l'Epoxy (E_r = 4.32) pour la réalisation d'antennes `patchs' micro rubans hyperfréquences avec une fréquence 900 Mhz et une fréquence 1800 MHz. En effet, L'Epoxy de permittivité diélectrique relative

E_r = 4.32 est très répandu sur le marché, il est le plus utilisé pour la réalisation des circuits imprimés. Il est à faible coût et existe en plusieurs dimensions. Il possède donc des atouts intéressants pour la réalisation d'antennes patchs économiques. La géométrie choisie du `patch' est rectangulaire.

4.2. Mesure à l aide de l'analyseur de réseau (pratiquement)

4.2.1. Analyseur de réseaux ( Network Analyser)

L'analyseur de réseaux sert à mesurer les paramètres S de l'antenne. L'appareil utilisé est le Agilent 8719ET qui permet des mesures pour des fréquences qui s'étendent de 50 MHz jusqu'à 13,5 GHz.

Dans la majorité des cas, l'antenne est liée à l'analyseur de réseaux à travers des câbles et des connecteurs qui rajoutent au signal un affaiblissement et un déphasage. Alors, il faut éliminer l'influence de cette liaison.

L'opération qui permet d'éliminer les erreurs systématiques dues aux câbles et à l'analyseur est appelée calibrage ou étalonnage. C'est une opération classique mais néanmoins indispensable qui permet de compenser les erreurs par égalisation. Elle se fait en liant au bout de la liaison, au lieu de l'antenne, une charge assimilée à un circuit ouvert, une charge de 50 ? et enfin un court circuit.

4.2.2. Mesure de l'antenne 900 MHz



Figure 4.8. Mesure de l'antenne 900 MHz



Figure 4.9. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence de l'antenne 900 MHz

La courbe représentative de la variation du S11 en fonction de la fréquence dans la bande [800-1030] MHz présente un pic S11 à la fréquence F1= 942.700 MHz avec un niveau de -28.581 dB (markeur1). Cette antenne couvre la bande souhaitée :

Deuxième marqueur (m2) : F2 = 929 MHz, S11= -9.702 dB

Troisième marqueur (m3) : F3= 959 MHz, S11=-8.565 dB.

Nous constatons que les valeurs mesurées précédemment sont presque acceptables mais la fréquence ne correspond pas à la fréquence centrale de notre bande souhaité [935-960] MHz. L'ajout du matière c'est-à-dire l'ajout des capacités et des éléments à effet inductif comme l'indique la figure 4.10 nous permet d'amener le pic à la fréquence centrale de la bande désirée [935-960] MHz. Cela nous a permis d'augmenter la stabilité de l'antenne (c'est

à dire diminuer l'effet de toute vibration des objets ou déplacement qui pouvait avoir des influences sur le rayonnements de ce dernier).



Figure 4.10. Mesure de l'antenne après la correction

Figure 4.11. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence après la correction

La figure ci-dessus présente la variation du coefficient de réflexion S11 pour l'antenne corrigée. Nous remarquons que la largeur de la bande de fréquence de cet exemple d'antenne s'étale sur une bande très large allant de 930 MHz avec un minimum de S11 de -8.53 dB (m2) à 960 MHz de -8 dB(m3), avec un pic de -51 dB à 945 MHz(m1).



Figure 4.12. Abaque de Smith

La figure ci-dessus montre la variation du coefficient de réflexion S11 en dB en fonction de la fréquence sur l'abaque de Smith. Nous constatons que l'impédance d'entrée de notre antenne dans la bande souhaitée ([935-960]MHz) est bien voisine de 50ohms.

F= 945 MHz, Z=50.217 ohms, (m1)

F= 930 MHz, Z= 29.94 ohms, (m2)

F= 959 MHz, Z=29.45 ohms (m3).

Nous avons pu constater d'après les mesures effectuées sur notre antenne, que cette dernière a montré un résultat acceptable et intéressant.

4.2.3. Mesure de l'antenne 1842.5 MHz

Ensuite, nous sommes passé à la mesure des paramètres de l'antenne 1842.5 MHz



Figure 4.13. Mesure de l'antenne 1842.5 MHz
49



Figure 4.14. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence

La figure ci-dessus présente la variation du coefficient de réflexion S11 pour l'antenne 1800 MHz. Nous remarquons que la largeur de la bande de fréquence de cet exemple d'antenne s'étale sur une bande très large allant de 1.819 GHz avec un minimum de coefficient de réflexion S11de -9.32 dB (m2) à 1.895 GHz de -10.085 dB(m3), avec un pic de -27.92 dB à 1862 MHz (m4).

Ce résulta parait suffisant vue l'étalement de la bande qu'elle occupe, mais toujours le même problème c'est que le pic ne correspond pas à la fréquence centrale de notre bande souhaitée, ce qui nous amène à effectuer une correction en essayant d'ajouter de la matière. Pour ce fait, nous avons utilisé du cuivre adhésif pour rajouter des capacités et des éléments à effet inductif comme l'indique la figure 4.15. Cela nous a permis d'augmenter la stabilité de l'antenne .



Figure 4.15. Mesure du deuxième antenne après l'ajout du cuivre adhésif



Figure 4.16. Visualisation du S11 en fonction de la fréquence de l'antenne 1800 MHz

La courbe représentative des variations du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence observée sous l'analyseur de réseaux est bien adaptée avec S11 en F=1843 MHz qui est égale à -29.83dB (m5) ainsi qu'une bande bien étalée allant du 1805MHz qui a un coefficient de réflexion égale à -9.13 dB (m1) jusqu'à 1880 MHz avec un S11 qui vaut -10.54 dB (m3).



Figure 4.17. Abaque de Smith
51

La Figure 4.17 montre que la fréquence de résonance dans la bande [1805, 1880] MHz est F = 1843 MHz correspondant à une impédance résistive égale à 46.9 ohms (m1) ohms avec une faible valeur capacitive. Notre antenne 1800 MHz est bien adapté à la fréquence centrale de la bande voulue.

Ce résultat est suffisant pour un bon fonctionnement de cette antenne dans la bande citée précédemment.

Nous avons fabriqué aussi l'antenne 1800 à deux `patchs' et mesuré ces paramètres qui sont illustrés dans l'annexe 5, nous avons remarqué que cette antenne présente une bande passante importante .

5. Implémentation des antennes sur la carte électronique

Nous passons maintenant à la phase finale de notre projet, c'est la présentation de notre circuit imprimée complète. Le module ARES du logiciel ISIS nous permet le traçage du layout de notre circuit.

5.1. Présentation d'ARES

L'ARES est un outil permettant le routage automatique des circuits électroniques saisis par le logiciel ISIS.

5.2. Principe de routage

Le routage permet d'obtenir le circuit imprimé sur lequel nous allons monter les composants constituant le circuit. Cette étape consiste à placer les composants dans leurs emplacements optimaux après avoir définir leurs formes et dimensions réelles et les interconnecter par le traçage des pistes. Ceci peut être réalisé sur le « Layout » plus d'une façon manuelle ou automatique.

Pour faire le routage, tout d'abord, le compilateur doit créer un fichier intermédiaire Netlist qui permet d'assurer une liaison entre l'environnement de saisie ISIS et l'environnement de routage ARES. Ce fichier permet de simplifier le fonctionnement global pour placer les composants sur la feuille de routage sans avoir à définir les connexions existantes entre les composants.

Ensuite, nous devons spécifier les dimensions de notre circuit imprimé, l'épaisseur de la piste, sur l'icône « Auto Route » dans la barre d'outils, le routage sera exécuté automatiquement selon les options choisies.

Notre schéma de routage est représenté par la figure 4.18 dans sa première version.



Figure 4.18. Face de cuivre du circuit du brouilleur GSM

6. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté les étapes de réalisation du brouilleur GSM et ses deux antennes 900 MHz et 1800 MHz.

Conclusion générale

Conclusion générale

Notre projet de fin d'études consiste en la conception de deux antennes fonctionnant dans la plages des fréquences [925-960] MHz GSM 900 front descendant et [1805-1880] MHz GSM 1800 front descendant et la réalisation d'un brouilleur des signaux GSM.

Après avoir conçu nos antennes sur le simulateur, nous sommes passés à la phase finale qui consiste à choisir quelques solutions envisageables physiquement puis à la phase de réalisation. Après avoir réalisé quelques prototypes, nous avons effectué des mesures. Le travail effectué nous a permis de mettre en application la performance des antennes `patchs'.

Pour la carte électronique, nous avons fait des tests de bon fonctionnement avant la phase de réalisation sur le circuit imprimé. En fait, les résultats retenus sont satisfaisants à leur stade primitif.

Enfin, dans ce projet de fin d'études, nous demeurons toujours impatients pour améliorer notre travail surtout concernant les antennes `patchs' déployées et les circuits de brouillage . Nous aimerons dans un travail futur augmenter la sensibilité de notre brouilleur et de donner la possibilité à l'usager de gérer son brouilleur à distance et de choisir manuellement les bandes de fréquence à brouiller.

Nous proposons aussi le développement d'une interface graphique (connexion USB) permettant de gérer le fonctionnement du brouilleur GSM via un ordinateur. En fait, cette interface doit permettre d'englober plusieurs brouilleurs afin d'éteindre ou de fonctionner chacun d'eux lors du besoin et de pouvoir gérer le brouillage dans un espace prédéfini .

Bibliographie

Bibliographie

[1] J.R.James,P.S Hall and wood ,microstrip Antenna : theory and design.

[2] Hafedh GAHA : « Analyse et conception des Antennes Fractales Application aux Télécommunications Large Bande», Thèse de doctorat 18 Juillet 2007.

[3] Guillaume VILLEMAUD « Caractéristique générales des antennes ».

[4] Sophie Vergerio «Recherche des caractéristiques optimales d'antennes multi-capteurs pour les systèmes MIMO» Thèse le 6 juillet 2007.

[5] JV.Chauveau, G. Chevalier et B. Chevalier : Memotech électronique (circuits et composants).

[6] A. Hamid, D. Bilel, N. Gerard « Projet hyperfréquences - Conception d'une antenne émettrice de type patch » INP TOULOUSE.

[7] S. E. Borgi R. Mbarki : projet de fin d'étude (ISET COM) étude d'une technique de miniaturisation d'antennes planaires pour des applications radio mobiles ou RFID-UHF.

[8] A. HACHANI et R. SOEI « Etude et simulation des composants passifs et déploiement d'une antenne GSM dans un brouilleur ». Projet de fin d'étude (ISET COM) janvier 2009

Webographie

[9] http://gdr-ondes.lss.supelec.fr/actu/251006Dauvignac.pdf

[10] kheops.unice.fr/~deneire/cours.pdf

[11] http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/N/E/5/5/NE555.shtml

[12] http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/N/E/6/1/NE612.shtml

[13] http://www.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/pdf_kor/227777/MINI/MAR-6.html

[14] http://www.datasheetcatalog.net/datasheets_pdf/L/M/3/1/LM317.shtml

ANNEXES

Annexe 1 : Fonctionnement du diode varicap 2

Annexe 2 : Présentation de l'ISIS et l'ARES 3

Annexe 3 : Les différents tests sur la plaque d'essai 5

Annexe 4 : Les prototypes simulés sous ADS 6

Annexe 5 : Mesure de l'antenne 1800 à 2 `patchs' 8

Annexe 6 : Les étapes de réalisation des circuits imprimés 9

Annexe 7 : Les « DATASHEET » (`NE555','MAR6','LM317','NE612) 10

Annexe 1 : Fonctionnement du diode varicap

La diode varicap est une diode dont la capacité parasite de forte valeur est modifiable en fonction du courant la traversant. Elle est très utilisée en radio puisqu'elle permet un ajustage électronique d'une capacité.

Elle est notamment utilisée dans les circuits oscillants comme l'indique la figure suivante.



Figure A.1. Modélisation d'une diode varicap

En appliquant une tension continue sur Vin, on polarise la diode en inverse, et on modifie ainsi la valeur de la capacité de la diode qui se retrouve en Vout. Le condensateur C1 sert de couplage entre Vin et Vout. Il est de forte valeur, comparé à la capacité de la diode, afin de ne pas perturber son fonctionnement.

Nous pouvons penser appliquer sur Vin, soit une tension continue issue d'un potentiomètre (pour un réglage de fréquence de l'utilisateur), soit une tension issue d'un capteur de température, afin d'asservir la fréquence d'un oscillateur. C'est le principe des VCO (voltage controled oscillator).

Dans notre application, la diode varicap lié au potentiomètre permet de varier la fréquence de l'oscillateur NE 612.

Annexe 2 : Présentation de l'ISIS et l'ARES

Avec ISIS (Intelligent Schématique Input System), il est possible d'intégrer la conception de schéma, la recherche et la création des composants entourant l'application du microcontrôleur dans le but d'éviter la saisie manuelle des informations de composants et de mieux gérer la maintenance des données. Ces dernières peuvent être sélectionnées à partir d'une bibliothèque propre au logiciel. Celui-ci permet aussi de tester en temps réel l'application réalisée. De plus, ISIS permet la création automatique d'un fichier Layout interface qui permet d'effectuer plus facilement le routage avec ARES. Après avoir effectué les étapes citées précédemment, et à l'aide du logiciel de saisie, on aboutit au schéma électronique suivant.



Figure A.2. L'écran ISIS



Outils d'orientation

Outils de

sélection de mode

cteur

Séle

Nom du

Vue d'ensemble

Sélecteur de Couches

Men

Outils

'

Mess

Zone

de travail

Figure A.3. L'écran ARES

Remarque : après avoir effectuer l'opération du routage ,il est indispensable de vérifier l'isolement entre les pistes et la ^{connectivité}

Isolement entre pistes :



Cliquer sur « Outils / Contrôle des règles de conception » ou sur le bouton

Le rapport d'analyse signale les éventuels défauts ^quiapparaissent sous forme de ronds rouges et de traits blancs. Règles de connectivité :



Cliquer sur « Outils / Contrôle de la connectivité » ou sur le bouton

Le rapport d'analyse signale les éventuels défauts.



Figure A.4. Isolement
entre les pistes

Annexe 3 : Les différents tests sur la plaque d'essai



Figure A.5. Test de l'alimentation



Figure A.6. Test de la tension au niveau

du MAR-6



Figure A.7. Effet du brouilleur sur les téléphones portables

Annexe 4 : Les prototypes simulés sous ADS

Après beaucoup d'essais et plusieurs modifications des premiers antennes 900 et 1800 sous Momentum nous avons constaté que :

· En ajoutant de la matière, la fréquence diminue et vice versa, c'est-à-dire par exemple si un résultat de simulation nous a donné un pic acceptable au delà de 1800MHhz, nous pouvons en ajoutant de la matière le décaler dans notre bande.(la fréquence et la longueur d'onde sont inversement proportionnelles .

· L'ajout des fentes n'a pas donner des bon résultats.

· L'adaptation a un effet majeur sur le niveau de réflexion ainsi que la bande passante. Les résultats ci-dessous montre l'effet d'adaptation :

Antenne avant adaptation

Antenne après adaptation

W=49 mm ,W'=0.8 mm L= 38.2 mm ,L'=18 mm

W= 49 mm ,W'=1.3 mm L= 38.2 mm ,L'=19.2 mm

Figure A.8. Effet de l'adaptation

Nous sommes intéressé à un autre type d'antenne qui parait un peu utilisable, ce sont les antennes sans plan de masse, en effet notre antenne est présentée sous forme d'un simple carrée qui comporte pas de plan de masse.

Après la simulation de cette antenne sous Momentum nous avons constaté les performances de cette antenne en termes de dimension, de gain, de directivité, de largeur de bande et aussi du coefficient S11.

Figure A.9. Antenne sans plan de masse	Figure A.10. Paramètres de l'antenne



Figure A.11. Résultats de simulations sous ADS

Annexe 5 : Mesure de l'antenne 1800 à 2 `patchs'
les figures A.12 et A.13 nous donne les résultats des mesures pour l'antenne 1800 à 2 `patch'.



Figure A.12. S11 en fonction de la fréquence

L'antenne résonne à la fréquence 1.849 MHz avec un minimum de -17 dB (m1), Pour F=1806 MHz, S11= -9 dB (m2),

Pour F=1882 MHz, S11= -10 dB (m4),



Figure A.12. Courbe d'adaptation d'antenne

Nous remarquons que l'antenne n'est pas adapté dans la bande désirée, en effet les deux markers m2 et m3 respectivement 1806 MHz et 1882 MHz sont loin du centre de l'abaque (impédance inductive).

Annexe 6 : Les étapes de réalisation des circuits imprimés

Les différents étapes de réalisation sont déroulées dans la laboratoire de circuits imprimés de l'ISET COM. Nous utilisons le circuit imprimé "époxy", constitué de résine époxy renforcée à la fibre de verre Très solides et résistants. Il est a noté que entre chaque étape de réalisation, il faut passer par une étape de nettoyage avec l'eau puis avec l'air du compresseur.

1.Création du typon

Pour la création du typon, il suffit d'imprimer sur papier transparent le circuit du détecteur réalisé sur ISIS. Nous imprimons un typon dans un sens, et un deuxième en le faisant tourner d'un quart de tour (les bandes restant dans le même sens). On Superpose ensuite les typons.

2.Insolation

Nous utilisons l'insoleuse. Un temps d'insolation de 3 minutes 15 secondes donne de bons résultats (dépend des plaques et de l'insoleuse).

3.Révélation

Le mieux reste le révélateur : Solution concentré dissolue dans 1.5L d'eau. On le trouve uniquement dans les magasins d'électronique.

4.Gravure

Nous faisons la gravure avec une machine de gravure, basant sur une solution perchlorure de gère. Ces produits sont très dangereux. (A manipuler avec précaution) ,nous gravons en 5 à 10 minutes.

5.Etamage

Il empêche l'oxydation du circuit, et ça facilite le soudage. 6.Perçage

Nous utilisons une petite perceuse de préférence de bonne qualité (support métallique). 7.Soudage

Fer à souder JBC avec panne longue durée (quasiment inusable) sont nos outils de travail.

Annexe 7 : Les « DATA SHEET» (`NE555','MAR6','LM317','NE612')

Fiche technique du `NE555' [9] Fiche technique du `MAR-6' [13] Fiche technique du `LM317' [14] Fiche technique du `NE612' [12]