III-2-' 111O1LnNWONIELs d'ANIONNiIRKRAIIRJIVILl :
1. Préparation sur papier de la structure à
simuler
2. Dessin de la structure : dimensions
géométriques des différents objets. 4 Respect des
règles de simulation
3. Spécification des matériaux pour chaque
objet.
4 Constantes diélectriques, conductivité des
matériaux ...
4. Identification des sources et (ou) ports
d?entrée/sortie.
4 Manière d?exciter la structure
5. Spécification des conditions aux limites
4 Types de frontières : CCE, CCM, rayonnantes ...
6. Configuration des paramètres de simulation
4 Fréquence(s) de maillage, paramètres de
convergence ...
7. Analyse des solutions à 1 ou plusieurs
fréquences.
8. Visualisation des résultats
4 champs ( ? ? .)
4 paramètres S (+ paramètres z, y etc)
9. Discussion et exploitation des résultats par
l?utilisateur III-3-Calcul des dimensions théoriques du
patch
Pour simplifier et précisé le calcul on va poser
les équations précédentes sur un logiciel de
calcul(MATLAB), on retrouve les résultats suivants :
W(mm) II CPP) ff(mm) L(mm)
n CM) A ) ) )
37.5391 4.0102 0.7405 30.5732 29.0922 303.8471 1.5185
3.1011 30.5732 10.6781
Tableau 2 : les paramètres de l?antenne
patch
III-4-Conception
L?environnement de travail de HFSS nous donne la
possibilité de concevoir nos schémas en toute finesse comme
montre la figure en dessous
Je vais simuler trois formes du patch
·
Sans adaptation
? Adapter par une ligne quarte d?onde ? Adapter par des
encoches
Figure 15: Antenne patch MICROSTRIP sans
adaptation
Encoche
Figure 16: Antenne patch MICROSTRIP
adapté par encoches
Ligne quart onde
Figure 17: Antenne patch MICROSTRIP
adapté par ligne quart d?onde
III-5/Simulation
? Paramètre S :
Figure 18 : Paramètre S du Patch sans
adaptation à la fréquence 2.45Ghz
Le paramètre S est le coefficient qui préoccupe
le plus les concepteurs des antennes imprimées car il représente
le coefficient de réflexion qui joue le rôle de perturbation sur
la transmission des données.
Ici dans cette figure on constat que le coefficient S est de
l?ordre de -44.23dB pour
une fréquence de résonance de
2.46Ghz, cette dernière est proche de la
fréquence
souhaitée qui est de l?ordre de 2.45Ghz et la bande
passante est de , cette
différence de fréquence entre celle de
résonance et de simulation est due à la structure
géométrique et les paramètres typiques qu?on a
utilisé pour la conception.
Figure 19 : Paramètre S du Patch avec
adaptation (encoche) à la fréquence 2.45Ghz
Dans cette figure on voit que le coefficient S a
diminué jusqu?à la valeur de-48.93dB pour une fréquence de
résonance de 1.86Ghz cette amélioration est due à
l?adaptation par encoche (figure 16), mais la fréquence de
résonance a été changer cela ne peut être explique
que par l?insertion des ouvertures (encoche) dans l?élément
rayonnant, ainsi la bande passante est de 100 MHz, il a été
rétrécit ce qui augmente la performance de l?antenne.
Figure 20 : Paramètre S du Patch avec
adaptation quart d?onde à la fréquence
2.45Ghz
Malgré la diminution du coefficient de réflexion
à -58.19dB mais la fréquence de résonance est très
loin par rapport à la fréquence souhaitée qui est de
2.45Ghz
· Diagramme de rayonnement
Le diagramme de rayonnement d'une antenne permet de visualiser
ces lobes dans
deux ou trois dimensions, dans le plan horizontal ou dans le plan
vertical incluant le lobe le plus important.
Le diagramme dans 2D :
(a) Diagramme en dB (b) Diagramme sans
unité
Figure 21 : Diagramme de rayonnement en gain du patch non
adapté
On voit que la direction privilégier est en
è=90° et ö=270° avec un gain de 0.082 (-11.4dB), donc
l?antenne est directive, il faut poser l?antenne dans ses directions pour se
bénéficier des performances optimales de l?antenne.
Figure 22 : Diagramme de rayonnement en gain du
patch adapté avec encoche. On voit une petite amélioration par
rapport à celle non adaptée
Le diagramme dans 3D :
Figure 23 : Diagramme de rayonnement de la
directivité du patch non adapté.
La direction du lobe principale est à --Y, ce qui prouve
que le patch est une antenne directive, les lobes secondaires sont apparus car
la structure et non adapté.
Figure 24 : Diagramme de rayonnement de la
directivité du patch adapté par encoche. On constate que les
lobes secondaires deviennent moins importants que celles du non adapté,
l?utilisation d?un matériau avec perte est le 1er facteur qui
influence la directivité de l?antenne.
· Champ E/H
Cas non adapté :
(a) Champ E par niveau d?amplitude (b) Champ E par vecteur
Figure 25 : Propagation du champ E le long du
patch dans le cas non adapté
La répartition du champ E est basée sur les
positions des noeuds (min) et des ventres (max) des courants et des tensions,
la distance entre les ventres est , le maximum du champ est de
8.81e(3)V/m .
(a)Champ E (b) Champ H
Figure 26 : Propagation du champ E le long du
patch dans le cas adapte par encoche Remarque :
Après cette comparaison des méthodes
d?adaptation, on constate que l?adaptation par encoche est la meilleurs
technique, qui permet d?obtenir les résultats les plus correctes que ce
soit pour le coefficient de réflexion ou pour le diagramme de
rayonnement.
· Cas intéressant
Il arrive des fois de se retrouver face à des
problèmes de transmission surtout la
diversité d?information à envoyer, on a
envisagé à exploiter les pics parasites représenté
sur l?allure du paramètre S, pour cela on modifier la structure du Patch
afin d?obtenir deux pics principaux et proche entre eux.
Figure 27 : Patch rectangulaire avec
ouverture
Figure 28 : Paramètre S du patch avec
ouverture
On voit que les deux pics représente le même
paramètre S environ -24.5dB et séparé par 310Mhz ce qui
est désiré pour ne pas avoir une large bande de
fréquence.
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