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Conception et réalisation d'un outil d'aide au paramétrage des antennes

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par Bertrand Olivier ETOUNGOU
Ecole Normale Supérieure de l' Enseignement Technique de Douala-Cameroun - DIPET II du Génie Electrique option Electronique 2010
  

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PREMIERE PARTIE

INTRODUCTION GENERALE

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Mémoire de fin d'études de second cycle pour l'obtention du Diplôme de Professeur d'Enseignement
Technique grade II. Rédigé et soutenu par :

ETOUNGOU Bertrand Olivier et BAOK Jeanne Irène GEL5EN

INTRODUCTION CENERALE

Depuis plusieurs années, des logiciels spécialisés dans le domaine de la simulation d'antennes sont apparus pour permettre une prise en compte de plus en plus fine de la réalité du milieu de propagation des ondes électromagnétiques. Il y a encore peu de temps les cartes topographiques, combinées à des photographies aériennes, suffisaient pour déployer un réseau de Télécommunications. Mais le paramétrage des antennes n'était pas optimale, la qualité des transmissions non plus ; ce qui entraînait le mécontentement des usagers. Sans compter avec les coûts très élevés de ces opérations engendrant l'augmentation des coûts de communications. Les opérateurs de télécommunications, se sont donc tournés vers les chercheurs et spécialistes du domaine pour obtenir des logiciels de dimensionnement des antennes ; ou ont développé eux-mêmes leurs propres logiciels, d'après ces besoins.

La conception des logiciels de paramétrage des antennes permet de nos jours :

D'estimer la distribution des intensités de champ électrique en tenant compte du diagramme de rayonnement de l'antenne et de la configuration particulière des bâtiments présents.

D'intégrer le diagramme de rayonnement des antennes réelles, mais aussi la géométrie et la nature des matériaux constituant les immeubles environnants (absorption dans le béton, réflexions sur les murs, diffraction par les points anguleux ou les arêtes).

La minimisation des coûts d'implantation, par la non exploitation du GPS, des équipements topographiques, géodésique, photogrammétrique, ainsi que le personnel d'appui.

La souplesse d'implantation et l'aspect multi-bande ou multirésonnant;

Toutes ces finalités ne peuvent être atteintes que par la mise en place d'une méthodologie de recherche qui s'appuie sur des concepts théoriques et pratiques.

La problématique de ce mémoire de fin de cycle est de rechercher de nouvelles approches algorithmiques du calcul des caractéristiques du rayonnement. Cependant pour répondre à ce besoin, une connaissance approfondie des apports des travaux effectués dans la même optique est nécessaire. Dans un premier temps, on combinera le savoir faire des uns et des

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autres, pour concevoir un outil de pointe. Celui-ci doit satisfaire non seulement aux critères techniques (antennes adaptatives) mais surtout aux critères socioéconomiques.

En parallèle, notre mémoire poursuit un deuxième but d'importance équivalente. Certains algorithmes ayant servi à la conception des outils antérieurs s'y ajoutent, aboutissant ainsi à un didacticiel complet qui assurerait la durabilité et la dissémination des résultats obtenus, et fournirait un outil précieux pour l'enseignement et la formation.

La conception et la réalisation des outils d'aide au paramétrage des antennes ne datent pas de nos jours, d'importants travaux leur ont été consacré. Les concepteurs ont toujours été soucieux d'apporter des réponses contractuelles de nature à satisfaire les intérêts des entreprises participant à la production ou à la commercialisation de ces outils. Les outils d'aide au dimensionnement des antennes pour stations de base que nous avions consulté se concentrent principalement sur le nombre et les positions des antennes de transmission (ou stations de base) nécessaires pour couvrir une région. La plupart des outils de dimensionnement se basent sur les surfaces de couvertures des antennes potentielles. Cette approche est nommée Coverage Based Design. Elle consiste à minimiser le nombre des antennes et à trouver leurs positions telles que le rapport signal sur interférences (SIR) reçu à une station mobile soit suffisamment élevé pour satisfaire la demande. Le SIR reçu à la station mobile dépend de la puissance du signal à l'émission et de l'atténuation du signal : la validité des modèles qui utilisent cette approche dépend donc de la précision de la fonction d'atténuation du signal. Les antennes étant réalisées avec une précision limitée, les performances réelles sont toujours inférieures aux performances théoriques. En général on ne connait pas exactement les erreurs faites mais on peut en donner une estimation statistique. Ceci permet d'en déduire des diagrammes, gains et autres performances de l'antenne. Un « cahier des charges » étant imposé aux performances d'une antenne, quelles tolérances de fabrication faut-il choisir pour que les spécifications soient respectées avec une probabilité donnée (par exemple 90%) ? La plate forme à élaborer permet comme nous allons le voir de donner des réponses relativement simples à ces questions.

Nous allons de ce fait exploiter au mieux les connaissances et les expériences des uns et des autres pour établir une fondation assez solide de notre plateforme. Par la suite, nous y inclurons les considérations propres à notre cadre de travail pour faire de ce logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel doit pouvoir ouvrir une porte vers une amélioration future qui ferait alors de lui un outil indispensable au sein des entreprises et écoles d'Ingénieurs.

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L'application développée sous le nom AntennaParameter 1.0.0 s'avère d'un grand intérêt pour les opérateurs de télécommunications et l'enseignement de l'électronique de la communication dans le cadre des recherches sur les antennes d'émission/réception.

On peut résumer l'intérêt de l'application, en quatre points essentiels :

1. Un outil d'ingénierie télécom

AntennaParameter a été conçu, afin d'être une véritable plateforme pour l'analyse et l'étude du rayonnement électromagnétique. En interfaçant AntennaParameter avec le logiciel Matlab, les caractéristiques de rayonnement s'obtiennent directement depuis Matlab et les résultats (couvertures de champ, profil, diagramme d'antennes, longueur d'onde, ...). Les algorithmes développés sont plus rapides et souples. L'interface est conviviale et facile d'utilisation.

2. Un outil de visualisation

La possibilité offerte de visualiser le diagramme de rayonnement en 2D, 3D est actuellement une ouverture en matière de complémentarité pour l'analyse d'un système rayonnant et une prédiction de ses caractéristiques et celles du rayonnement.

3. Un outil adapté aux réalités économiques de notre pays

Le coût de développement de ce logiciel est faible en comparaison aux autres logiciels conçus pour les mêmes applications. Cependant ce coût évolue avec le nombre d'appareils utilisant le même logiciel, contrairement à un développement personnel qui n'a pas besoin de licence particulière de développement. Le problème d'utilisation d'un logiciel commercial s'en trouve accru si l'on désire publier ou déployer ce logiciel en réseau pour un accès distant.

4. Un didacticiel sur les antennes

L'outil est un didacticiel pour mieux comprendre les propriétés telles que les diagrammes de rayonnement, le gain, la directivité, l'efficacité de rayonnement, etc....

Pour mener à bien ce mémoire, l'étude se scinde en quatre chapitres.

Le chapitre 1 sera consacré à la revue de la littérature ; c'est-à-dire la présentation des travaux antérieurs. Ce chapitre nous permettra d'exploiter au mieux les connaissances et les expériences des uns et des autres pour établir une fondation assez solide de notre plateforme. Par la suite, nous y inclurions les considérations propres à notre cadre de travail pour faire de ce logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel doit pouvoir ouvrir une porte vers une amélioration future qui ferait de lui un outil indispensable au sein des entreprises.

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Le chapitre 2 sera consacré à la présentation de l'étude, et des généralités qui vont permettre de situer dans leur contexte les travaux effectués et de souligner leurs intérêts. Les antennes présentées tout au long de ce manuscrit sont destinées à des applications de réseaux de télécommunications sans fil, qu'ils s'agissent des réseaux de téléphonie, de proximité ou de diffusion.

Le chapitre 3 sera consacré à la conception de l'utilitaire. Nous aborderons dans ce chapitre l'analyse conceptuelle que nous avons effectuée pour mener à bien le travail qui nous a été demandé tout au long de ce mémoire. Nous tâcherons d'expliquer les différentes méthodes de conception.

Le chapitre 4 présentera les résultats obtenus au cours de ce mémoire. Il sera non seulement la résultante de toutes les théories et analyses menées dans les chapitres précédents, mais il sera aussi le résultat d'un long labeur en terme de programmation.

Ce manuscrit se terminera par une conclusion suivie des perspectives sur le travail effectué, des références de sites WEB.

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CAHIER DES CHARGES

Le paramétrage des antennes est une conséquence logique de l'amélioration de la qualité de service offert et la diminution des risques de coupures.

Le problème mis en évidence, consiste donc à mettre sur pied une plateforme pour l'étude des antennes et l'analyse du rayonnement électromagnétique en tenant compte des caractéristiques propres à chaque antenne. Cet outil devrait précisément permettre :

De choisir une antenne en fonction des contraintes techniques et légales ;

De stocker dans une base de données les informations sur les antennes et de générer des synthèses quotidiennes ;

De fournir des interfaces ou pages Web pour l'exploitation des données ;

De fournir un modèle de sauvegarde des données sur les antennes ;

De fournir les caractéristiques sur le rayonnement

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DEUXIEME PARTIE

PRESENTATION DES TRAVAUX

ANTERIEURS ET DES DIFFERENTS

TYPES D'ANTENNES

CHAPITRE 1 : REVUE DE LA LITTERATURE
CHAPITRE 2 : PRESENTATION DE L'ETUDE

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.



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