Conception d'antenne bi-bande pour un tag RFID

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Master de Télécommunication et dispositif
microondes (TDMO)

Conception d'antenne bibande pour un tag RFID

Benamrane Fouad

Réalisé par BENAMRANE Fouad
Encadré par BENBASSOU Ali

Lieu du stage : Laboratoire CURI de fes

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Benamrane Fouad

Table des matières

Introduction générale 3

Problématique : 4

CHAPITRE I : Etat de l'art sur les antennes imprimées et leurs applications 5

1.Historique 5

5.Techniques d'alimentations 10

8.Conclusion 13

CHAPITRE II : Antenne bi-bande 14

1.Introduction 14

18 Dimensionnement.3. 2

5.Optimisation de la géométrie de l'antenne 23

6.Conclusion 24

Chapitre III : Conception et simulation d'une antenne PIFA 25

1.Introduction 25

2.Cahier des charges 25

3.Simulation sur HFSS 26

4.Optimisation des paramètres de conception 32

Conclusion : 34

Conclusion générale : 34

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Introduction générale

Les technologies d'informations trouvent leurs applications dans des domaines très divers tels que la distribution, la logistique, la traçabilité, la sécurité ou les loisirs. Jusqu'alors les technologies d'identifications étaient soit passives: marquage, code-barres...soit nécessitaient un contact galvanique: carte bancaire, carte d'appels téléphoniques... grâce au développement récent des systèmes sans fils et de la micro-électronique, de nouvelles technologies d'identification ont vu le jour: les technologies de radio-identification(Radio Frequency IDentification) constituent un point de rencontre entre la microélectronique et les télécommunications.

Les premiers systèmes RFID qui ont vu le jour fonctionnent dans des bandes de fréquences basses et sont aujourd'hui largement employés. Ils ont ouvert la voie vers le développement d'une nouvelle technologie RFID, plus performante et faible coût, fonctionnant à des fréquences plus élevées: RFID UHF passive.

L'augmentation vertigineuse des applications de cette technologie fait du marché de la RFID, le secteur d'activité qui présente la plus grande courbe de progression à l'échelle mondial, de pair avec celui de la téléphonie mobile.

D'après [21], le coût moyen d'une puce RFID était en 2004 de 0,5 Dollar américain pour un volume mondial de puces vendues de 510 millions d'unités. Cette étude stipule que pour que ce marché devienne rentable, le coût de production d'une puce RFID se doit d'être inférieur à 0,05 Dollar pour un volume de vente de 20 milliards de puce par an.

En effet, le développement de la RFID devrait bientôt permettre l'identification individuelle et unique des objets et mener à la création d'un "internet des objets": une prolongation de l'internet que nous connaissons au monde réel.

Le développement de tags RFID UHF passifs faibles coûts fait l'objet de nos travaux. Nous nous intéressons tout particulièrement à leurs antennes. Notre recherche à concerner ces

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derniers que l'on qualifie de "non conventionnelles" par les principes physiques originaux mis en oeuvre.

Problématique :

Dans un système de communication, les antennes sont des composants à part entier nécessitant une étude particulière. Tout en cherchant à améliorer les performances d'une antenne, on doit l'adapter aux applications les plus récentes. L'antenne doit également répondre aux contraintes de multiplication de bandes de fréquences et d'intégration dans l'architecture des terminaux. Enfin, les caractéristiques des antennes doivent être peu influençables par l'environnement.

L'intérêt pour les antennes multi-bandes ne fait que croître, en particulier dans le but de réduire le nombre d'antennes embarquées en associant plusieurs applications sur une même antenne. Cependant, les performances des antennes multi-bandes actuelles sont traditionnellement limitées par la forme et l'arrangement de leurs éléments rayonnants.

Le rôle principale de ces antennes été et restera la détection et l'identification d'objets, à l'aide de codes écrits, imprimés, et le traitement des données nécessitait soit le contact (pour l'écriture), soit la visibilité directe (pour la lecture) de l'identifiant. Depuis quelques années, les recherches et développements se sont orientés vers la possibilité de remplacer et améliorer ces anciennes techniques d'identifications par des techniques dites Radio Frequency Identification (RFID) ou encore Contact less Identification (identification sans contact).

Ce rapport abordera par conséquent les thèmes suivants.

· Dans le premier chapitre, nous nous proposons d'énoncer un état d'art sur les principes de bases nécessaires à la conception d'antennes imprimées. Nous décrivons la technologie, les avantages et les inconvénients, les techniques d'alimentation ainsi une description des méthodes d'optimisation.

· Le seconde chapitre va focaliser l'attention sur les antennes multi-bande, On prendra le cas du PIFA et on décrit le dimensionnement et la caractérisation de ce type d'antenne.

· Le troisième chapitre expose la synthèse d'une antenne PIFA, en décrivant et discutant les résultats de simulation et les structures choisie pour cet objet, et les perspectives qui peuvent être amené pour perfectionner ce type d'antenne afin de satisfaire les différentes applications.

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CHAPITRE I : Etat de l'art sur les antennes imprimées et leurs applications

1. Historique

Le concept d'antenne imprimée fut pour la première fois imaginé en 1953 par Georges Deschamps [1], qui suggérait de canaliser efficacement les rayonnements parasites engendrés par les discontinuités qui existent dans les circuits micro-ondes planaires. Le premier brevet reprenant ce concept fut déposé en 1956 par Henri Gutton et Georges Boissinot [2]. Il fallut cependant attendre les années 1970 pour voir apparaître la réalisation des premiers prototypes, notamment grâce à l'amélioration des techniques de photolithogravure du cuivre et de l'or sur substrat diélectrique, ainsi que des progrès dans la modélisation. En 1972, John Howell réalisa des antennes imprimées à polarisations linéaire et circulaire en bandes L et UHF pour la NASA [3][4]. À la même période, Robert Munson de Ball Aerospace Systems conçu et breveta une antenne imprimée conformée sur toute la circonférence d'un missile pour des applications de type télémétrie entre ce missile et une station de poursuite au sol [5].

Cette antenne, décrite en détail dans [6], fut quelques années plus tard combinée avec des éléments rayonnants identiques pour former ce qui fut le premier réseau d'antennes imprimées, le but étant alors d'augmenter la directivité du diagramme de rayonnement.

2. Définition et caractéristique d'une antenne imprimée [7]:

Une antenne imprimée est constituée d'une métallisation de forme géométrique appropriée, déposée sur une face d'un substrat diélectrique tandis que l'autre face est le plus souvent complètement ou partiellement métallisée (figure 1).

Figure 1 : Structure d'une antenne imprimée. a. Fonction caractéristique de rayonnement

Soit une antenne située en O (figure 2), le rayonnement est observé au point M, situé en champ lointain de l'antenne. Les champs électriques et magnétiques sont contenus dans un plan perpendiculaire au vecteur de propagation. Le champ électrique s'exprime par :

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(1)

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Figure 2 : Situation de l'antenne par rapport au point
M d'observation

La fonction caractéristique de rayonnement est définie par :

(2)

Avec et les composantes du champ électrique dans la direction des et

b. Diagramme de rayonnement

C'est la représentation de la fonction caractéristique dans l'espace. Il est représenté deux plans perpendiculaires qui sont : le plan E et le plan H.

Figure 3 : diagramme de rayonnement en 3D

Le lobe principal est défini entre les deux minima de chaque côté du maximum. Des maxima secondaires apparaissent de chaque côté. Ils constituent les lobes secondaires.

c. Directivité

La directivité dans une direction est le rapport entre la valeur de la fonction caractéristique de rayonnement dans cette direction à sa valeur moyenne dans tout l'espace :

(4)

d. Gain d'une antenne

Le gain dans une direction est définie par le rapport de la densité de puissance

rayonnée dans une direction à la densité de puissance qui serait rayonnée par une antenne

7

isotrope sans pertes, les deux antennes étant alimentées par la même puissance et placées à la même position.

e. Largeur de bande

La largeur de bande, appelée aussi bande passante, d'une antenne définie le domaine de fréquences dans lequel le rayonnement de l'antenne présente les caractéristiques requises.

La largeur relative de bande est un pourcentage exprimant le rapport de la bande à la

fréquence centrale

(6)

Pour connaître la largeur de bande d'une antenne relativement au rayonnement, on

trace le paramètre de réflexion en fonction de la fréquence. On admet généralement que si

ce paramètre est inférieur à -10 dB, la puissance de rayonnement est suffisante. Il suffit alors de repérer sur la courbe les valeurs de la fréquence correspondant à cette valeur.

3. Différents types d'antenne [14] Antenne multi-faisceau .3.1

> Définition : La même antenne fournit plusieurs faisceaux distincts et simultanés fonctionnant à la même fréquence.

Figure 5 : Représentation d'une antenne multi-faisceau

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> Exemples d'application :

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8

· Les antennes de réception de télévision par satellites ont souvent deux ou trois faisceaux, permettant ainsi de recevoir deux ou trois satellites avec la même antenne.

· Les antennes pour radars de poursuite ont généralement une voie somme et deux voies différence.

Antenne multi-polarisation .3.2

> Définition : Cette antenne fournit, simultanément, à la même fréquence et dans la même direction deux faisceaux dans deux polarisations orthogonales.

Figure 6 : Représentation d'une antenne multi-polarisation > Exemples d'application :

· Les antennes de contrôle de trafic aérien ont parfois à la réception deux diagrammes en polarisation circulaire orthogonale. L'un des diagrammes permet de détecter les cibles et l'autre les nuages (voie « nuage »).

· Par la polarisation, on peut discriminer la nature du sol, aussi, les antennes des radars d'imagerie ont deux diagrammes en polarisation orthogonale (généralement rectilignes).

· Certaines antennes de satellites de télécommunication utilisent deux faisceaux en polarisation croisée pour doubler la capacité de transmission (« réutilisation de fréquence »).

Antenne multifréquence .3.3

> Définition : Cette antenne fournit, simultanément, deux faisceaux dans deux fréquences différentes et dans la même direction.

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Figure 7 : Représentation d'une antenne multifréquence

La difficulté va se trouver dans la conception de la source primaire qui doit fonctionner (en général) dans les deux bandes et dans le duplexeur qui doit découpler sévèrement la voie réception de la voie émission.

> Exemples d'application

· Les antennes de contrôle de trafic aérien sont parfois utilisées simultanément pour un radar primaire (à 3 GHz, par exemple) et pour un radar secondaire (à 1 GHz).

· Les antennes de satellites de télécommunications ont une fréquence « sol vers satellite » (4 GHz par exemple) et une fréquence « satellite vers sol » (6 GHz par exemple). Au sol, l'antenne doit donc fournir un diagramme d'émission à la fréquence 4 GHz et un diagramme de réception à la fréquence 6 GHz.

Antenne à balayage électronique .3.4

> Définition : Une antenne à balayage électronique est généralement une antenne réseau dont les éléments rayonnants sont équipés de déphaseurs électroniques, permettant de réaliser sur l'ouverture, très rapidement, des lois de phase linéaires et donc de pointer le faisceau dans des directions différentes.

Figure 8 : Représentation d'une antenne à balayage électronique

> Exemples d'application

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· Les antennes de radars multifonctions, c'est-à-dire des radars devant assurer la veille et la poursuite de cibles, sont des antennes à balayage électronique.

· Certaines antennes de satellites de télécommunication et, notamment, celles qui équipent les avions commerciaux sont à balayage électronique

4.Avantages et inconvénients des antennes imprimées

Compte tenu de leur forme, les antennes imprimées ont de nombreux avantages mais aussi quelques inconvénients qui peuvent limiter leur usage (tableau 1 et tableau 2) [8]. 5. Techniques d'alimentations

L'un des problèmes du fonctionnement des antennes imprimées réside aussi dans la réalisation d'une alimentation de qualité. L'excitation par guides d'ondes rectangulaire ou cylindrique est généralement écartée. Bien que l'alimentation coaxiale soit fréquente, on utilise de préférence des lignes imprimées, notamment dans le cas où plusieurs éléments doivent être alimentés. Dans les exemples ci-après, il s'agit toujours d'alimenter une antenne

rectangulaire excitée sur son mode fondamental , c'est-à-dire avec des courants de

surface générés selon la direction OY

· Sonde coaxiale

Cette alimentation a l'avantage d'être située à l'arrière de l'élément et d'utiliser une ligne blindée (figure 9). Dans le cas de substrats de faibles épaisseurs, un point d'impédance réelle et quasiment égale à 50 Q est obtenu pour le mode fondamental, pour une sonde située à environ 1/ 3 de la longueur résonante. Cette valeur permet l'adaptation à la plupart des coaxiaux HF d'impédance caractéristique 50 Q.

Par contre, dans le cas de substrats épais, la réactance inductive supplémentaire apportée par la sonde (qui peut aussi sensiblement rayonner) affecte la bande passante. Pour corriger cette partie inductive, certains auteurs ont proposé l'introduction d'un effet capacitif par la réalisation :

> d'une fente annulaire pratiquée dans le pavé autour de la sonde coaxiale.

> d'une pastille terminale connectée à une sonde plus courte, séparée du patch par du diélectrique.

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Figure 9 : Alimentation par une sonde coaxial.

L'utilisation de sondes engendre aussi des problèmes de réalisation tels que le perçage du substrat, la soudure (notamment dans le cas de fréquences élevées), peu de souplesse de conformation.

6. Domaines d'applications :

Le tableau 2 présente une liste non exhaustive des principales applications des antennes imprimées planaires dans le domaine de télécommunications et radars.

Parmi les domaines d'application exposée dans le tableau, il y a la RFID, le domaine qui nous intéresse tout au long de cette étude. et pour cela, nous décrivant les caractéristiques et l'importance de la RFID dans la détection et l'identification des objets.

> Le principe de fonctionnement des systèmes RFID [12] :

Un système RFID est composé de deux entités qui communiquent entre elles :

· Un tag ou étiquette intelligente (aussi appelé transpondeur), associé à l'élément à identifier. Il est capable de répondre à une demande venant d'un lecteur.

· Une station de base ou lecteur RFID qui a pour mission d'identifier le tag. Le lecteur envoie une onde électromagnétique en direction de l'élément à identifier. En retour, il reçoit l'information renvoyée par le tag.

La figure 10 présente le fonctionnement général d'un système RFID. Le lecteur agit généralement en maître par rapport au tag ; si le tag est dans la zone du lecteur, ce dernier l'active en lui envoyant une onde électromagnétique et entame la communication. Le lecteur est relié à une application hôte qui récupère l'information pour la traiter. Un lecteur RFID est donc chargé de l'interface avec le système global relatif à l'application et de la gestion de l'identification des tags qui se présentent à lui. Le tag est, quant à lui, constitué d'une antenne et d'une puce électronique

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Figure 10 : fonctionnement d'un système RFID

Il existe plusieurs familles de systèmes RFID dont le principal critère de différenciation est la fréquence de fonctionnement, dans la suite nous présentons la bande sur laquelle on va travailler ainsi les raisons qui nous ont poussés à choisir une telle gamme de fréquence.

Figure 11 : (a) Spectre électromagnétique RF et RFID. (b) Fréquences autorisées / retenues pour les applications RFID. [14]

Sur cette figure nous présentons les plages de valeurs des radiofréquences retenues par les différentes instances nationales et internationales de régulations pour des applications RFID ainsi que leurs positions relatives dans l'étendue du spectre RF.

7. Modélisation et méthodes d'analyse [8]

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Deux types de méthodes permettent d'analyser les antennes imprimées. Les méthodes analytiques sont issues d'une approche physique, les méthodes numériques exactes (full-wave) donnent des résultats plus précis au détriment de la perte de la signification du phénomène physique.

--Méthodes analytiques : Deux méthodes analytiques permettent de décrire simplement le fonctionnement des antennes imprimées résonnantes ;

* Le modèle de la ligne de transmission (valable notamment pour l'élément rectangulaire) ;

* Le modèle de la cavité électromagnétique (valable notamment pour tout autre élément rayonnant de géométrie quelconque simple).

--Méthodes numériques exactes (full-wave)

Il existe principalement quatre familles de méthodes numériques pour analyser les antennes imprimées. Elles sont issues des méthodes utilisées en électromagnétisme

*Méthode des moments (MoM) ;

*Méthode des éléments finis (FEM) ;

*Méthode des différences finies (FDTD) ;

*Méthode de la matrice des lignes de transmissions (TLM).

Le tableau 4 explique les caractéristiques des deux méthodes et les logiciels commerciaux aptes pour ces méthodes.

8. Conclusion

Au cours de ce chapitre, nous avons commencé par une introduction générale, problématique et l'historique des antennes imprimées ce que nous a données un aperçu globale sur le parcourt de la technologie pendant toutes ces années. Les caractéristiques et les différents types des antennes ont été brièvement décrits et les différents avantages et inconvénients ont été résumés sous forme de tableau accompagné par des observations.

Le domaine d'application des antennes est le concept le plus intéressant chez les antennistes car il présente le résultat finale de la conception et la réalisation c'est pour cela on a essayé d'expose les différents domaines dans un tableau répertorier dans l'annexe, parmi ces applications il y a le domaine qui est en expansion la RFID, dans le chapitre III on va détail ce choix du domaine est son importance pour les générations de technologie télécom. Dans la suite une description d'antenne multi-bande de type

14

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CHAPITRE II : Antenne bi-bande

1. Introduction

Les télécommunications civiles et militaires utilisent de plus en plus de bandes de fréquence. Cette utilisation exhaustive du spectre radioélectrique a engendré un grand intérêt pour les dispositifs permettant de couvrir deux ou plusieurs bandes simultanément. Un élément fondamental jouant un rôle déterminant dans ces dispositifs est l'antenne. Cette dernière concrétise clairement cette tendance de multiplication de bandes de fréquence, d'où importance des antennes multi-bandes et large-bandes.

Le type d'antenne qui est très apprécié pour la qualité de ses diagrammes de rayonnement et ces larges domaines d'applications : l'antenne PIFA (planar invented F antenna). Une telle antenne est constituée d'un élément rayonnant quart d'onde connecté avec le plan de masse à travers un court-circuit, La fente dans cette antenne va jouer le rôle de bi-bande afin de satisfaire le cahier de charge qui exige une double résonnance.

Dans ce chapitre on va entamer les points suivants :

· Nous commençons ce chapitre pas une description des types des antennes à multifréquence ainsi leurs avantages et inconvénients.

· Une explication plus détail sur les antennes PIFA sera exposé en décortiquant les différentes composants de ce type d'antenne.

· Une partie sera consacrée aux fentes rayonnantes et leur équivalence avec le dipôle.

· Enfin, une conclusion permet de comparer et de sélectionner les techniques les plus pertinentes pour l'obtention d'antennes multi-bandes.

2. Différents type des antennes multifréquences :

Les techniques utilisées pour faire résonner une antenne à plusieurs fréquences sont :

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Figure 12: les différents types d'antenne multi-bande

Cette variété des méthodes est basée sur plusieurs concepts. Dans la suite, nous allons décrire les techniques les plus employées pour l'obtention d'antennes multi-bandes ainsi que les avantages et inconvénients sur les performances radioélectriques qu'elles peuvent apporter.

2.1. Combinaison de plusieurs éléments rayonnants

Cette technique permet de manière très simple d'obtenir une antenne multi-bandes, les éléments rayonnants peuvent être de même type et se disposer de plusieurs manières et leur configuration dépend de l'application requise.

Dans le tableau ci-dessous on a décrit d'une manière succincte les points forts et faibles de cette technique.

Points forts		Points faibles	- Facilité du premier
-Structures généralement encombrantes		dimensionnement des éléments
- Couplage entre éléments pas toujours maitrisé		constitutifs
- Bon positionnement des différents éléments		- Rayonnement relativement
rayonnants délicat		identique sur toute la large bande
- Diagrammes de rayonnement généralement		couverte
perturbées par les autres éléments rayonnants.		- Bonne efficacité
- Nombre de ports d'excitation dans le cas d'excitations séparées.

Tableau 1 : Points forts et faibles de la combinaison de plusieurs
éléments rayonnants [15]

2.2. PIFA

Les antennes PIFA (planar inverted-F antenna) sont des structures potentielles pour la réalisation d'antennes multi-bandes. Par rapport à une antenne demi-onde, une antenne PIFA ou antenne quart d'onde présente des dimensions réduites. L'antenne PIFA est obtenue en plaçant le court-circuit (plan, filaire ou de type languette) entre le résonateur demi-onde et le plan de masse, à l'endroit précis où le champ électrique s'annule pour le mode fondamental (Figure 13). Ceci permet donc de s'affranchir d'une moitié du résonateur et d'avoir ainsi une résonance en X/4.

Figure 13: Antenne PIFA élémentaire

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L'ajout du court-circuit entraîne l'addition d'une inductance, dont la valeur est directement liée aux dimensions de celui-ci. Ainsi, l'impédance d'entrée d'une antenne PIFA sera selfique.

> Les techniques utilisées pour rendre l'antenne multi-bande

· Modification de l'élément rayonnant (en forme de triangles, méandres,..).

· Ajout de courts-circuits

· Ajout de résonateurs parasites

· Insertion de fentes dans l'élément rayonnant

Les avantages ainsi que les inconvénients de l'utilisation du concept d'antennes PIFA (avec les techniques, d'obtention du comportement multi-bande, citées ci-dessus) pour l'obtentiond'antennes multi-bandes sont donnés dans le tableau 2.

Points forts		Points faibles	- Profils simples - Miniature (compacte)
- Manque de règle de conception ou dimensionnement pour l'aspect multi-bande - Faible bandes passantes - Fabrication relativement difficile et coûteuse - Polarisation des ondes et rayonnement difficilement maitrisables

Tableau 2 : Points forts et faibles des antennes de type PIFA [15]

2.3. Fractal

Le terme antenne « fractale » est un abus de langage. Les antennes étudiées ont juste des formes pré-fractales : ce sont des itérations plus ou moins élevées alors que la forme fractale est le résultat d'une itération à l'infini.

Dans la littérature, plusieurs géométries fractales ont été exploitées pour la conception d'antennes multi-bandes.

> Antenne triangle de Sierpinski [18]

Cette antenne, certainement la plus populaire des antennes fractales multi-bandes, se présente sous la forme d'un triangle équilatéral dans lequel on enlève itérativement des triangles équilatéraux de plus petites tailles (voir figure I.2). Cette antenne peut être de type dipôle, monopole ou patch.

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Figure 14 : Exemple d'une de Sierpinski de type monopole

Points forts		Points faibles	- Généralement plus
- Rapports de fréquences de		compactes
fonctionnement pas aisément contrôlable		- Esthétique (beauté
- Manque de règle de conception		des Fractales)
- Faible contrôle de la polarisation du champ rayonné
- Diagrammes peu similaires aux différentes fréquences

Tableau 3 : Points forts et faibles des antennes Fractales

2.4. Antennes à trappes

L'un des plus anciens concepts pour obtenir des antennes filaires multi-bandes, consiste à intégrer des charges discrètes (capacité et/ou inductance) dans une antenne filaire (généralement un dipôle). Ces charges sont communément appelées `trappes' L'élaboration de ce concept se fait en deux étapes : d'abord, l'antenne résonante à la fréquence basse est conçue, ensuite, les charges sont introduites à des endroits précis pour obtenir la (les) résonance(s) haute(s) désirée(s).

Figure 15 : Antenne bi-bande à trappes

Points forts		Points faibles	-Performances radioélectriques similaires aux différentes fréquences - Antennes facilement adaptable à d'autres fréquences de fonctionnement - Dimensionnement facile et rapport entre fréquences de fonctionnement maitrisé
- Dépendance des trappes - Bandes passantes dépendantes des facteurs de qualité des trappes

Tableau 4 : points forts et faibles des antennes à trappes 3. Etude d'une antenne bi-bande de type PIFA :

3.1. Structure

Les antennes du type PIFA (PlanarInverted-F Antenna) sont les plus utilisés dans les dispositifs portables pour les applications GSM, Wi-Fi, RFID... dû au leur faible coût de fabrication, leur compacité et au fait que supporte travailler avec plusieurs bandes de fréquence.

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La structure d'une antenne PIFA (Figure 17) est composée par un plan de masse, un plateau résonante, l'alimentation et d'un plateau qui connecte le plateau résonant avec le plan de masse et qui joue la fonction d'un court-circuit.

Il arrive des fois quand confond le PIFA avec IFA qui est constitué avec un F inversée et il peut également être imprimée sur un substrat diélectrique de façon à la rendre planaire. On parle alors d'antenne IFA imprimée (figure 17) [7]. Il s'agit en fait d'un monopôle replié parallèlement au plan de masse, mais avec une réduction de la hauteur tout en maintenant la longueur résonante.

On réduit ainsi la hauteur de la structure.

Figure 16 : Structure d'une antenne en F inversée [7]

Le principe de l'antenne F inversée a été développé pour les antennes planaires en F inversées (PIFA pour Planar inverted F Antenna). Cette fois-ci, le brin métallique est remplacé par un élément rayonnant métallique l'assimilant ainsi à une antenne patch conventionnelle mais assortie de quelques particularités (figure 18).

Les antennes PIFA sont alors associées à des fentes, des charges capacitives et des résonateur parasites court-circuités pour obtenir des résonances multiples tout en conservant des dimensions réduites qui permettent l'intégration dans un terminal mobile.

Figure 17 : Structure d'une antenne PIFA

3.2. Dimensionnement

· Cas où la largeur du court-circuit est égale à la largeur de l'antenne 1 (figure

18a).

a-Court-circuit plan b-Court-circuit de type languette

positionné dans le coin

19

(10)

Figure 18 : Trajets des courants surfaciques j du mode fondamental d'une antenne PIFA [10]

Dans ce cas, la longueur effective de l'antenne est égale à :

avec H hauteur du court-circuit et donc hauteur du substrat, la condition de résonance s'écrit :

(10)

avec longueur d'onde en espace libre.

Et donc la fréquence de résonance du mode fondamental associée à l'antenne de

(12)

largeur est :

Avec c vitesse des ondes électromagnétiques dans le vide.

· Cas où la largeur du court-circuit tend vers 0.

Cela correspond physiquement à peu près à une antenne PIFA avec un court-circuit de type languette positionné dans le coin du résonateur (figure 2b). Dans ce cas, un raisonnement analogue au précédent permet d'obtenir la fréquence de résonance fondamentale suivante :

(13)

· Cas intermédiaire où la largeur du court-circuit est comprise entre 0 et
Dans ce cas, la fréquence de résonance fondamentale est donnée par la formule suivante :

(14)

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Réduire la largeur du court-circuit ( ) influence la longueur des lignes de courants

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20

surfaciques et leur direction sur l'élément rectangulaire. Ceci a pour effet d'augmenter la longueur électrique effective de l'antenne et donc de diminuer la fréquence de résonance.

Nous pouvons ainsi, en réduisant , opérer une réduction supplémentaire des

dimensions. Le rapport joue aussi sur la longueur électrique effective de l'antenne.

Suivant ces deux paramètres ( et ), les lignes de courant peuvent passer d'une

direction X à une direction Y, ce qui conduit à des polarisations d'ondes orthogonales, en passant par des états où la composante croisée est importante.

Il est à noter qu'en réduisant ou , la bande passante diminue. Un compromis

est donc à trouver entre la réduction de dimensions et la largeur de bande passante.[20]

4. Fentes rayonnantes :

4.1. Définition

Pour rendre une antenne PIFA de type large bande ou multistandards et ainsi répondre aux nouvelles exigences, on utilise les fentes rayonnantes.

Les fentes rayonnantes sont des ouvertures percés dans un plan métallique, souvent on utilise des formes rectangulaires, ils sont aujourd'hui largement utilisées dans de nombreuses applications. Un avantage majeur de ces antennes est leur simplicité de mise en oeuvre en particulier en technologie imprimée, qui repose sur une démétallisation partielle réalisée dans un plan de masse. La structure de base constituée d'une fente résonante rectiligne ne convient pas toujours du point de vue de l'intégration dans des systèmes portatifs par exemple.

4.2. Equivalence dipôle & fente

Une fente pour les antennistes c'est un trou ou ouverture rayonnante qui se caractérise par une ouverture dans une surface séparant 2 milieux, sur laquelle arrive une onde.

Figure 19 : ouverture rayonnante percé dans un plan métallique qui reçoit des ondes venant de la source

21

La théorie de dualité entre le dipôle et la fente repose sur les travaux de Babinet et surtout de Booker qui éclaircissent la notion de dualité entre les fentes et les dipôles.

4.2.1. Généralisation de Booker [19]

Considérons une fente, dans un plan conducteur infini, et alimentée en son milieu par un générateur. Le dipôle complémentaire est une bande métal de même dimension, excité en son centre par un champ perpendiculaire à celui créé dans la fente (figure 20)

Figure 20 : Principe de Babinet [15]

Principe de Babinet

Le principe de Babinet est illustré par la figure 20 : en résumé, il y a des équivalences entre le comportement radioélectrique d'un plan conducteur infini sur lequel on a découpé une figure. Dans le cas simple on compare une fente et un dipôle de mêmes dimensions.

On montre que :

· la fente a le même diagramme de rayonnement en amplitude, et donc la même directivité que le dipôle ;

· les plans E et H sont inversés : le plan E est le plan Oz, Oy pour le dipôle et Ox, Oy pour la fente ;

Booker a montré l'identité des rayonnements des deux antennes à condition de permuter les champs électrique et magnétique.Le champ électrique dans le cas de la fente, et polarisé horizontalement et ne dépend que de è :

, F (

(15)

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Et plus général :

22

(16)

4.2.2. Impédance de la fente :

Soit un dipôle de longueur L parcouru par un courant qui prend la répartition suivante :

(17)

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En utilisant la généralisation de Booker, on pourra conclure facilement la relation entre l'impédance du dipôle et celle de la fente :

(18)

En posant alors

Or l'impédance du dipôle se calcul par la relation

(19)

(20)

(21)

[17]

Ainsi, connaissant l'impédance d'un dipôle mince alimenté en son centre

Celle de l'antenne à fente complémentaire s'écrit

L'impédance de la fente pour ce cas est beaucoup plus grand, et tandis que celle du dipôle est inductif (partie imaginaire positive), l'impédance de la fente est capacitif (négatif partie imaginaire).

4.3. Gain de l'ouverture :

Le gain c'est un rapport entre la puissance de l'entrée et celle du sortie et donné par la relation :

(22)

23

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Le gain absolu dans le cas d'un ou la répartition du champ sur l'ouverture est constante :

(23)

Avec S=a*b

En ajoutant des fentes dans l'élément rayonnant, vont créer non seulement un effet capacitif, mais une modification des trajets de courant et entraîner ainsi une diminution fréquentielle de tous les modes de fonctionnement des résonateurs Pour cela, il faut que la fente soit débouchante. Cette fente est le plus souvent de forme quelconque mais il faut que son tracé suive le périmètre de l'élément rayonnant afin de ne pas perturber les courants du mode fondamental.[20]

5. Optimisation de la géométrie de l'antenne

Deux approches sont utilisées pour réduire les dimensions des antennes imprimées en optimisant leur géométrie :

? en étudiant la configuration des champs électriques sous la cavité que forme l'antenne avec le plan de masse ;

? en étudiant les distributions de courants surfaciques sur le pavé.

La finalité étant d'utiliser astucieusement les symétries pour synthétiser virtuellement certaines parties de l'antenne.

> Introduction du court-circuit :

Cette méthode de miniaturisation est l'une des plus utilisées dans le domaine des antennes imprimées. Une analogie « antennes filaires » peut être faite avec la miniaturisation du dipôle ëg/2 en un monopôle ëg/4 sur plan de masse infini avec la théorie des images.

En pratique, on pourra par exemple court-circuiter le pavé en son milieu avec un mur métallique vertical qui le relie au plan de masse.

Il en résulte une antenne ayant une longueur physique de ëg/4 dite antenne quart d'onde (réduction de dimension de 50 %). Elle porte le nom de Planar Inverted F Antenna ou PIFA et possède une fréquence de résonance quasiment identique au patch demi-onde. Une PIFA est quasiment toujours réalisée avec un substrat air. Cela veut dire que le pavé quart d'onde est constitué d'une tôle métallique fine. Un cas limite et très intéressant correspond à l'utilisation d'un seul via comme court-circuit partiel ou bien encore une petite

Benamrane Fouad

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languette qui est une solution techniquement équivalente mais plus facilement réalisable.

Cette technique de conception entraîne une diminution supplémentaire de la fréquence de résonance, ce qui est équivalent à une réduction de la dimension résonnante du pavé. Cela est dû au fait que l'inductance effective globale de l'antenne augmente mais aussi au fait que les trajets de courants sur le pavé sont naturellement rallongés (figure18). La réduction maximale de la dimension résonante est obtenue lorsque le court-circuit simple via ou simple languette est positionné dans un coin de l'antenne

6. Conclusion

Au cours de ce chapitre, nous avons commencé par une présentation des antennes multi-bandes .Les points faibles et forts de chaque topologie ont été brièvement donnés dans un tableau. Leurs sélectivités et aptitude à couvrir des bandes de fréquences relativement éloignées, font des antennes multi-bandes des candidats plus intéressants que les autres types pour la couverture des systèmes de télécommunications modernes.

Nous avons décrit les antennes PIFA qui sont les plus utilisées dans les technologies de communication actuelle et qui ont pour avantage d'être très compactes et qui peuvent être modifiées facilement pour être multi-bandes.

Parmi les techniques actuellement utilisées pour l'obtention d'antennes multi-bandes il y a les fentes rayonnantes, dans cette partie on a fait une description théorique des fentes et leur équivalence par rapport au dipôle.

L'optimisation de la géométrie est un élément clé de la conception, c'est pour cela on a choisie d'insérer des courts-circuits dans le pavé comme technique d'optimisation. Dans la suite une conception des antennes multi-bandes à base de PIFA permettant non seulement un dimensionnement mais aussi un contrôle de la forme du paramètre S et diagramme de rayonnement, une discussion des résultats sera l'objet du prochaine chapitre.

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Chapitre III : Conception et simulation d'une antenne PIFA

Introduction

Cette étape de conception sur un logiciel de simulation électromagnétique va nous permettre non seulement de simuler des structures d'antenne PIFA mais aussi d'extraire les différents paramètres dont on va besoin pour une bonne implémentation dans les systèmes de communication.

Au cours de ce chapitre on va définir un cahier des charges pour la conception qui prend en considération le domaine d'application ainsi les fréquences souhaites et leurs conformités avec les normes standard. La simulation va être basée sur le chapitre précédent qui résume la théorie des antennes PIFA et l'ensemble des éléments qui entre en jeu dans la configuration des performances de tel structure.

La majeure partie de ce chapitre expose les résultats de simulation accompagnée par des discussions sur les graphes qui vont présenter le paramètre S, diagramme de rayonnement, impédance caractéristique, gain, directivité et le champ E...

1. Cahier des charges

Notre tâche consiste à concevoir une antenne du tag RFID qui prend en considération tous les modifications apportes sur le signal d'émission car ce dernier va être amplifié lorsqu'il traverse la puce, c'est pour cela il faut que l'antenne a ses meilleurs performances en deux fréquences communément appelé antenne dual bande.

On va travailler sur la bande UHF (300MHz-3000MHz), qui couvre les dernières

explorations de communication, cependant l'antenne est excité par un signal de fréquence =886MHz, la technologie utilisée est celle des antennes imprimées alors le substrat dans le 1er

cas est l'époxy de permittivité 4.32 et de hauteur h=1.6mm, les métallisations qui vont

résonner est de nature parfaitement conducteur, dans le cas réel ça sera le cuivre (copper).

Le type d'excitation utilise est avec un câble coaxiale d'impédance caractéristique 50

, car cette technique est plus facile à fabriquer, ce qui est employé que pour les tests de

fabrication, dans le domaine d'application, l'antenne est conçu pour un tag passif c-à-d que l'excitation est faite à partir d'un émetteur des signaux qui va perturber le tag et par conséquent excite l'antenne.

26

3. Simulation sur HFSS

3.1. Structure

Dans l'étape de simulation on prend en compte que la structure soit miniature tant que possible, c'est pour cela on a ajusté le plan de masse et le substrat afin de retrouver des résultats optimal pour des structures petite et intégrables dans n'importe quel système.

(A)

Résonateur

Substrat

Fente
rayonnante

Port d'excitation

(B)

Court-circuit

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.Figure 21 : Structure de l'antenne PIFA, face (A) vu en dessus, face (B) vu du côté

La structure de l'antenne PIFA quart d'onde est caractérisé par le résonateur de dimension 40x16 mm, la face (A) figure 1 montre vue de haut une antenne de type PIFA, avec un résonateur en couleur verte coller sur un substrat de couleur noir avec une fente de forme U sur le pavé. Les dimensions et la position ont été calculé précédemment, sur la face (B) un court-circuit a été placé, il relie le pavé au plan de masse son rôle est d'optimiser la dimension

de l'antenne. Nous avons choisi un substrat époxy de permittivité à cause de ces

faibles pertes tan facilement disponibilité sur le marché.

Pour ce qui concerne le type d'excitation nous avons pris un câble coaxial d'impédance

caractéristique de . La fente percée sur le pavé introduit la ^2ième résonance de l'antenne à la

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27

fréquence Avec la fréquence fondamental et fréquence secondaire (mode

harmonique)

3.2. Paramètre S

Le coefficient de réflexion imposé selon les normes doit être inférieur à -10dB, et il caractérise le taux de réflexion des ondes stationnaire sur la structure.

Figure 22 : Paramètre S d'une antenne PIFA à la fréquence 886MHz.

921.1MHz

900.9 MHz

Figure 23.a : Paramètre S11 dans la bande Figure 23.b : Paramètre S11 dans

800-1000MHz la bande 1.7-1.9GHz

Nous remarquons sur la figure 2 l'évolution des coefficients de réflexion sur la bande UHF au norme américaine (902MHz - 928MHz) qui présentent une double résonance la 1^er dans le

monde fondamental située à 911MHz et la seconde est au mode secondaire à

1.8095GHz,

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La capacité de canal est définie par la relation .On fixe le seuil de

(S/B)=3dB, on retrouve la bande, Voir tableau en dessous :

Fréquence	Coefficient de réflexion S11 (dB)	Bande passante (MHz)	Facteur de qualité Q	Capacité C (Mbits/s)
	-21.19	20.2	45.09	31.97
	-19.70	8.9	203.31	6.75

Tableau 5 : Paramètre de l'antenne PIFA à -10dB.

Cette antenne peut fonctionner en réception à la fréquence , et en émission à une fréquence 2x .

La bande passante pour la fréquence basse est importante devant les fréquences hautes

donc l'antenne à la fréquence est sélective.

3.3. Impédance d'entrée

Parmi les préoccupations des concepteurs d'antennes est le problème d'adaptation d'impédance avec le reste du système utilisé, pour cela on essaye de concevoir une antenne

adaptée à une impédance de 50 .

Pour contrôler l'impédance d'entrée de l'antenne PIFA nous ajustons la distance qui sépare le cout circuit au port d'excitation,

Figure 24 : Partie réelle et imaginaire de l'impédance d'entrée

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Sur la figure nous remarquons qu'à la première fréquence de résonance 890MHz l'impédance d'entrée est purement réel est égale à 43 tandis qu'à la seconde fréquence de

résonance elle vaut 43 +5j. La réactance est négligeable devant la partie réelle d'où nous pouvons dire que nous somme proche du cas d'adaptation.

3.4. Gain et directivité

Dans cette partie, nous avons présenté l'évolution du gain en fonction de ö, cette représentation va nous permettre de savoir pour quelle direction l'antenne PIFA fonctionne en meilleur performance.

Figure 25 : Diagramme de rayonnement en Figure 26 : Diagramme rayonnement

de Gain du PIFA bi-bande à 886MHz en Gain en 3D à 886MHz

On constate que le diagramme de rayonnement dans le plan è est directif en un maximum de gain (-15dB) pour la direction des è=0deg, par contre pour è=90deg la direction maximal suivant l'axe de ð/2 et il décroît vers les è faible.

Comme toutes les antennes miniatures, le gain et la bande passante sont beaucoup plus faible que les antennes à demi-onde, sur la figure on remarque que la direction ou il faut tourner l'antenne pour qu'il puisse rayonner au maximum est suivant l'axe des Y a un gain qui peut atteindre -12.7dB,

On pourra justifier le rayonnement nul suivant -Z par le faite que l'antenne PIFA tient son origine d'un monopole qui se caractérise par son rayonnement nul par rapport au plan de masse, ce dernier joue le rôle de réflecteur (théorie d'image) qu'on il est parfaitement conducteur,

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Figure 27 : Diagramme de rayonnement en Gain en

2D d'une antenne PIFA bi-bande

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Figure 28 :

Diagramme de rayonnement en Gain en 3D d'une antenne PIFA bi-bande à 1800MHz

Nous constatons que pour la fréquence 1.8Ghz le gain s'est concentré sur la direction de phi=90° cela est dû au rayonnement de la fente dans un demi plan, basé sur le principe de Babinet qui fait l'équivalence entre la fente et le dipôle donc ces résultats peuvent être analysé

à partir du dipôle , sachant que ce dernier et bidirectionnel.

Nous remarquons aussi sur la figure deux lobes principales de gain maximal -7.97dB car à la fréquence 886MHz l'antenne à tendance de rayonner dans toutes les directions; guidée par sa forme géométrique planaire, par conséquent son gain s'affaibli, par contre pour le mode fréquentiel suivant, la fente s'oriente vers le bidirectionnel donc toutes la puissance s'arrange pour favoriser les deux lobes principales.

Pour faire une comparaison plus en détail, nous avons présenté le gain en fonction de la fréquence.

a. 1 b. 1

(1

.b)

(2. a

a.2 a.2

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Figure 29 : Diagramme de rayonnement en Gain d'une antenne PIFA bi-bande A ö =cte et è=cte pour les deux fréquences.

Nous avons varié la fréquence de résonance pour voir quel rapport entre la fréquence et la forme du diagramme de rayonnement, nous remarquons sur (1.a) que à la fréquence f2 le gain est maximal à è=-ð/2 est vaut -12dB et que le rayonnement est presque omnidirectionnel, par contre à la fréquence f1 l'antenne est directive son gain maximal est à è=0° vaut -15dB.

Sur la figure (1.b) nous remarquons que pour les deux fréquences le diagramme porte presque la même forme sauf que le taux du gain augmente avec la fréquence alors on peut dire que la fréquence de résonance joue un rôle considérable dans le rayonnement de l'antenne.

Nous remarquons que sur le plan è=cte (figures 2.a et 2.b) l'antenne est omnidirectionnelle.

3.5. Champ E

L'avantage des simulateurs électromagnétiques c'est qu'ils nous permettent de présenté ce qui été difficile de visualiser à partir des formules analytiques notamment le champ électrique et magnétique.

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Figure 30 : Représentation du champ E le long de la structure (PIFA) excitée à une fréquence de 886MHz

A partir de la figure on voit les niveaux du champ électrique qui se maximise sur les extrémités opposé à celle du court-circuit ce qui est tout à fait désire, physiquement cela dépend des densités de courant surfacique qui circule sur le résonateur et qui s'accumule sur les régions ouverte qui cause après, une propagation de l'onde électromagnétique dans l'espace libre (rayonnement), pour arrive a métrise le rayonnement de l'antenne il faut savoir

gérer le chemin parcouru par des densités de courant surfacique d'ailleurs l'insertion des fentes sur le pavé est l'une des méthodes pour faire dévier ces densités.

4. Optimisation des paramètres de conception

En élargissant la bande de simulation, nous avons constaté que l'antenne est tri-bande, il pourra par conséquent servir au d'autres applications.

Par exemple si on arrive à ajuster la ^3ième bande dans la bande UHF on pourra l'appliquer, en France, la bande ISM principale utilisée est la bande de fréquences de la gamme des UHF allant de 2400 à 2483 MHz (bande S). Les réseaux WLAN, les dispositifs Bluetooth et Wi-Fi émettent dans la bande des 2,4 GHz.

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Figure 31 : Paramètre S de l'antenne PIFA tri-bande à la fréquence 886MHz

Afin de rendre l'antenne du tag omnidirectionnel, on a remplacé le substrat d'époxy avec l'air qui présent l'espace libre sans perte, donc la structure du résonateur va s'élargir et augmente par conséquent l'espace du rayonnement qui est lié directement au gain de l'antenne.

Figure 32 : Diagramme de rayonnement de la directivité en 2D dans le plan =cte à la
fréquence 886MHz

Figure 33: Diagramme de rayonnement de la directivité en 3D de l'antenne PIFA à la fréquence 886 MHz

Sachant que dans le cas de l'aire ç=1 (coefficient d'atténuation) c'est-à-dire que G=D, donc il y a aucune différence entre le gain et la directivité. Sur la figure on remarque que le

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rayonnement s'est largement amélioré par rapport au cas de l'époxy, l'antenne est omnidirectionnelle et sa directivité à augmenter jusqu'à -8.7dB, cette configuration à

l'avantage de se positionner horizontalement dans n'importe quelle direction.

On voit aussi quel rôle peut jouer le substrat est ses pertes dans la performance de l'antenne, c'est pour cela il faut utiliser des substrats de très faibles pertes.

L'idée de travailler avec un substrat de l'air peut être l'objet d'une étude plus détaillée pour voir la conformité de telle structure avec les normes dans ce domaine.

Conclusion :

Ce chapitre a abordé la conception des antennes pour les tags RFID passifs. Nous avons présenté une méthode de conception qui permet d'obtenir à partir d'un cahier des charges une antenne bi-bande de tag RFID répondant aux besoins. Nous avons ensuite présenté les différentes paramètres de l'antenne notamment le paramètre S en double bande (-20dB), l'impédance d'entrée (43Q) adapter au port du câble coaxial (50Q), la représentation du gain et la directivité nous a montré la direction privilégier ou il faut positionner l'antenne (-12dB pour 886MHz et -7dB pour 1800MHz), en variant la fréquence et les plans de ö et de è, on a constaté qu'il y a une forte relation entre le gain et la fréquence de résonance. Nous avons enfin décrit une méthode d'optimisation du gain de l'antenne en remplaçant un substrat de l'époxy avec de l'aire permettant de valider les prototypes issus des résultats de simulation.

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Conclusion générale :

Le rapport de fin d'étude aborde l'étude et la conception d'antenne pour l'identification par radiofréquence. Cette technologie connaît un essor colossal et exige pour répondre au développement de son marché, la réduction du coût de revient d'une étiquette électronique.

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35

Le premier chapitre de ce projet a été dédié à une présentation générale des Caractéristiques et les types des antennes, qui sert comme positionnement du multi bande dans le package de conception d'antenne, et nous avons introduit la technologie RFID et ces applications.

Dans le second chapitre, les types des antennes multifréquences ont été exposés. Nous avons présenté la théorie de l'antenne PIFA en proposant un dimensionnement basé sur le monopole ordinaire, tous les éléments de cette antenne et l'optimisation (fente, court-circuit) sont décrits en détail dans ce chapitre.

Finalement, le troisième chapitre a concerné la conception des antennes de tags RFID en bande UHF. Nous avons présenté le cahier des charges introduisant l'implémentation de l'antenne bi-bande dans une chaine de communication RFID, les résultats de simulation et leurs discussions ont été l'objet principale de ce chapitre, nous constatons à la fin que l'antenne PIFA est un candidat intéressant dans les applications multi standards, car :

> Il présente un coefficient de réflexion faible. > Adapté à l'excitation par câble coaxial.

> Sa forme planaire permet une bonne distribution des densités de courant surfacique et par conséquent un champ électrique intense aux extrémités.

> L'antenne est d'un rayonnement bidirectionnelle si on utilise comme substrat l'époxy, et omnidirectionnelle sans substrat (aire).

Malgré tous ces avantages du PIFA, la conception dans ce projet a été basée sur un substrat d'Epoxy qui se caractérise par son épaisseur important et ses pertes d'ordre 0.01, cependant sur le marché des tags RFID, souvent on trouve des antennes imprimées fabriqués avec le

polyéthylène de permittivité et d'épaisseur de quelque , donc comme perspective

on pourra penser de concevoir une antenne PIFA sur le polyéthylène, avec un plan de masse planaire et par conséquent une optimisation de l'antenne du tag adapté à l'impédance de la puce mémoire.

Annexe :

Avantages	Observations
Faible masse, faible volume, faible

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épaisseur.
Possibilité d'imprimer sur des substrats souples.	Surfaces d'accueil non planes :antennes conformées.
Possibilité d'être intégrées dans des appareils électronique nomades ou transportables.	Téléphone mobiles, ordinateurs personnels (PC), assistants personnels (PDA), récepteurs portables GPS, transpondeurs RFID, appareils photos numériques.
Facilités de fabrication : 1. Mise en réseau 2. Intégration aisée de composants ou de circuits actifs hybrides	Réseaux linéaires ou planaires technologie MIC (composants rapportés) Technologie MMIC (composants intégrés dans les substrats Si ou AsGa )
Faible coût de fabrication	Production automatisée de masse

Tableau 6 : Avantages des antennes imprimées.

Inconvénients			Observations
1 à	Bande géométrie passante souvent étroite, de l'ordre de 5 % (pour les éléments résonnants de simple)		3. 4.	Fonctionnement de l'utilisation large bande obtenu au prix : D'un substrat de hauteur élevée (quart d'onde) dans le cas d'antennes résonantes ; D'antennes à ondes progressives de grandes dimensions (ex : Vivaldi, Log périodiques) ; De résonateurs parasites latéraux ou verticaux.
	Système	Applications
	Satellites	Télévision directe domestique embarquée sur véhicules	ou 5.
	Directivité (environ faible	6 dB)d'éléments Réseaux à faisceaux commutés pour un élément seul couverture reconfigurable Détection des ressources terrestres (imagerie par radars à ouverture synthèse)	^àLe gain limitation de dans	peut être augmenté lors de la mise en réseau avec cependant une , à environ 30 dB due aux pertes les lignes d'alimentation
	Faible tenue en puissance	Antennes pour systèmes de	Quelques	watts à quelques dizaines de watts
	Rendement limité	radiolocalisation par GPS, Galileo, de surface Glonass (véhicules terrestres ou assistants personnels, PC)	6. 7. 8.	Par les pertes diélectriques Par l'excitation d'ondes de surface dans le diélectrique Par les pertes dans les lignes d'alimentation
	Aéronautiques (avions,	Communication Navigation Altimètres
	Risque jonctions limitation de rayonnemen engins spatiaux, avec l'alimentation missiles du plan	parasite dû aux Systèmes d'atterrissages Antennes u à conformées la sur le fuselage d'aéronefs pour la de mss
	Difficulté pureté d'élaborer de polarisation	navigation (radars, altimètres, des antennes à haute atterrissage les
les	Problème motifs imprimés	de tolérances automatique) et de fabrication si communications Antenes sont petits plaquées sur missiles

(télémétrie)

Applications Antennes montées en surface sur

militaires véhicules

Antennes conformées sur des missiles pour la télémétrie Senseurs embarqués

Radars de poursuite monopulse ou synchrone

Réseaux à pointage et balayage électronique du faisceau

Radars Doppler

Antennes actives de détection et suppressions de brouilleurs

Benamrane Fouad Antennes actives à suppression de

réflexions parasites par traitement du signal

Tableau 7 : Inconvénients des antennes imprimées.

Tableau 8: Principales applications des antennes imprimées planaire dans le domaine des télécommunications et radars

					37
			Système	Application
			Télémétrie guidage	Systèmes monopulses Réseaux sous radomes
Réseaux adaptatifs	Acquisition multicibles Réseaux intégrés à semi-conducteurs

Téléphonie mobile (terminaux por-

tatifs GSM, DCS, PCS,

Radiomobile ou
communications
avec les mobiles

s

n

es

s de

ences sans

on)

cules

bles ques -onde phie

LAN

s, es,

ns des

Benamrane Fouad

Tableau 9: Méthodes numériques pour l'analyse des

			terrestres antennes impriméesAntennes		U S etc.) sur station
Méthode	MoM	FEM		FDTD	bases
Méthode de discrétisation	Surfaces, fils	Tétraèdres, polyèdres, arbitraires		Cubes	parallélépipèdes Antennes radio FM ou imprimées sur pare- brises de véhi mobiles
Effort de discrétisation	Objet rayonnant	Domaine	entier		Domaine Télépéages (antenn entier imprimées sur badge RF)
Conditions aux limites	-		Parois absorbantes Biomédical	Parois	absorbantes Dispositifs implanta Applicateurs thermi
Méthodes	Domaine fréquentiel principalement 2D ou 2,5D équations linéaires	Domaine fréquentiel équations	3D	3D	Domaine pour thérapie micro temporel des cancers tomogra Calcul itératif
			linéaires Communications ultralarge bande Intra bâtiments		Standards Bluetooth Réseaux sans fils W
Points forts	Fils Surfaces métalliques Couplages	Formes Matériaux arbitraires	arbitraires	Formes
			Identification	band	orthogonales Matériaux arbitraires Étiquettes radiofréqu RFID (identification contact de vêtement large d'objets, de personn etc.)
Limitations	Mat2riaux diélectriques finis Matériaux inhomogènes Investigations large bande	Grandes Couplage structure investigations bande	structures entre		Couplage structure Capteurs miniaturisé entre Antenne intégrée da formes vêtements
			Autres large	qualité	courbes Structure coefficient Antennes de détectio à fort (alarmes anti-intrusi Communicationsde personnelles Q
Logiciels commerciaux	IE3D Zeland Ensemble Ansoft Momentum ADS FEKO (hybride) Sonnet EMSight(AWR) Microwave office WIPL-D CONCEPT II	HFSS CST Micro- waveStudio FEMLAB		Fidelity Zeland XFDTD Remcom EMA3D Empire SEMCAD CONCERTO

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Benamrane Fouad

Réferences :

[1] G.A. DESCHAMPS «Microstrip Microwave Antennas''3rd USAF Symposium on Antennas (1953).

[2] H. GUTTON et G. BOISSINOT «Aérien incorporable pour engins mobiles'' Brevets FR 1123769, 27 sept. 1956.

[3] J.Q. HOWELL «Microstrip Antennas'' AP-S Int. Symposium, p. 177-180 (1972).

[4] J.Q. HOWELL «Microstrip Antennas'' IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 23, Issue 1, p. 90-93, janv. 1975.

[5] R.E. MUNSON et J.K. KRUTSINGER «Single Slot avityAntennasAssembly'' US Patent No 3713162, 23 janv. 1973.

[6] R.E. MUNSON «Conformal Microstrip antennas and Microstrip Phased Arrays'' IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. AP 22, p. 74-78 (1974).

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[9] M.I. Eizmendi Vallés ÉTUDE DE L'EFFET D'UNE STRUCTURE
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[10] C.LUXEY, R.STARAJ, G.KOSSIAVAS, A.PAPIERNIK Antennes imprimées
Techniques et domaines d'applications Université de Nice-Sophia Antipolis Laboratoire d'Électronique, Antennes et Télécommunications, LEAT-CNRS UMR 6071

[11] R.Charles Houzeles antennes fondamentaux Collection EEA Série Technologie
électronique3e édition de Les antennes(tome 1)

[12] A.Ghiotto «Conception d'antennes de tags RFID UHF, application a la réalisation par jet de matière'' spécialité «Optique et radiofréquence'' soutenue le 26 Novembre 2008 directeur de la thèse Pr.Tan-Phu VUONG

Benamrane Fouad

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[13] D.Paret « RFID EN ULTRA ET SUPER HAUTES FRÉQUENCES UHF-SHF Théorie et mise en oeuvre» série EEA Dunod

[14] J.ROGER «Antennes Différents types» Ingénieur de l'École Nationale Supérieure des Télécommunications Ancien Responsable du Service Antennes des Radars de surface à THOMSON-CSF

[15] J.ROGER « Antennes Techniques» Ingénieur de l'École Nationale Supérieure des Télécommunications Ancien Responsable du Service Antennes des Radars de surface à THOMSON-CSF

[16] S.HEBIB «Nouvelle topologie d'antennes multi-bandes pour applications spatiales» Doctorat de l'université de toulouse President de jury R.Plana soutenue le 24 Novembre 2008

[17] Y.Huang et K.Boyle `'Antennas from theory to practice» Edition 2008 Wiley

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