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4.2. CONCEPTION D’UNE STRUCTURE POUR EMBARCATION LÉGÈRE tel-00821997, version 1 - 13 May 2013 Dans le plan azimutal, le rayonnement du mode omnidirectionnel est faible 6 avec un niveau moyen de −2,5 dBi et des variations d’amplitude de ±0,6 dBi. Ce mode étant obtenu par une excitation uniforme en amplitude et en phase des éléments rayonnants, il n’est pas possible de corriger ce défaut en modifiant l’excitation. Il est donc nécessaire de déterminer la combinaison du nombre et de l’espacement des éléments qui optimise les performances du réseau. En mode pointé, les lobes secondaires sont ici proéminents avec seulement 2 dB d’écart entre le lobe principal et les lobes à 120˚. Ces résultats peuvent s’expliquer de manière plus complète à l’aide de la théorie des modes de phase [80]. En effet, cette théorie identifie la cause des fluctuations d’amplitude à l’existence de modes parasites. Aussi, montre-t-elle la difficulté à prédire l’occurrence de ces phénomènes en fonction du nombre d’éléments et de leur espacement. Détermination de nombre et de l’espacement des éléments Un script sous MATLAB c○ a été créé pour observer différentes caractéristiques du réseau en fonction du nombre d’éléments N et de l’espacement d n pour les deux modes de fonctionnement. Afin de restreindre le champ à quelques dimensions d’intérêt, une première étude de la valeur maximale du facteur de réseau en fonction de N et d n est conduite. Celle-ci montre que dans une première approche, la valeur maximale en mode pointé dépend très peu de l’espacement inter éléments. Cette valeur maximale est consignée dans le tableau 4.3 où elle est calculée en fonction du nombre d’éléments. Le rayon du réseau à 2,3 GHz pour un espacement de 0,5λ y est également mentionné. Ainsi, en utilisant des dipôles de gain 2,1 dBi et un réseau à 16 éléments, un gain maximal de 12,0 + 2,1 = 14,1 dBi est obtenu en théorie. D’autre part, le gain apporté par le réseau augmente de moins en moins à mesure que des éléments rayonnants sont ajoutés. En effet, la contribution d’un nouvel élément diminue en proportion lorsque N croît. Pour obtenir un gain supérieur à 12 dBi en tenant compte des pertes d’un éventuel dispositif d’alimentation du réseau, un nombre minimum de 14 éléments est nécessaire. Ensuite, il est intéressant de considérer un réseaux à 16 éléments (2 4 ) car un nombre en puissance de 2 permet de simplifier certaines architectures de réseau d’alimentation. En conclusion, les réseaux à 14, 15 et 16 éléments sont retenus pour la suite de l’analyse. Pour de tels nombres d’éléments, il convient maintenant de déterminer les espacements qui engendrent un rayonnement dans le plan azimutal satisfaisant en mode omnidirectionnel. La figure 4.13 montre la valeur moyenne du facteur de réseau dans le plan azimutal et dans ce mode en fonction de l’espacement normalisé par rapport à la longueur d’onde. Ce résultat prouve qu’il existe des intervalles pour lesquels le réseau présente un facteur au moins supérieur à 0 dB. En outre, 6. En fait, ce réseau privilégie un rayonnement dans la direction de ⃗z. 105
CHAPITRE 4. ÉTUDE ET RÉALISATION DE STRUCTURES RAYONNANTES ADAPTÉES AUX PLATEFORMES tel-00821997, version 1 - 13 May 2013 Nombre Valeur maximale Rayon du d’éléments en dB réseau en cm 4 6,0 4,6 5 7,0 5,2 6 7,8 6,2 7 8,5 7,3 8 9,0 8,3 9 9,5 9,3 10 10,0 10,4 11 10,4 11,4 12 10,8 12,5 13 11,1 13,5 14 11,5 14,5 15 11,8 15,6 16 12,0 16,6 17 12,3 17,6 18 12,6 18,7 19 12,8 19,7 20 13,0 20,8 . . . . . . . . . 32 15,0 33,2 Tableau 4.3 – Valeur maximale du facteur de réseau en mode pointé et rayon à 2,3 GHz et d n = 0,5λ certaines combinaisons entre N et d n semblent très défavorables. Pour illustrer ce résultat, la figure 4.14a présente le facteur de réseau en élévation à 14 éléments pour un mauvais choix d’espacement et la figure 4.14b pour un bon choix. Comme le montre la figure 4.14a, une mauvaise distance inter élément conduit à une extinction du lobe centré sur θ = 90˚. Or, l’objectif est d’avoir un mode omnidirectionnel au moins aussi performant qu’un simple dipôle. Il sera donc préférable de sélectionner des intervalles pour lesquels les niveaux sont supérieurs ou égaux à 0 dB. Il est maintenant nécessaire de contrôler l’apparition des lobes indésirables (lobes secondaires et suivants). Pour cela, une série de simulations est réalisée pour observer le niveau de ces lobes par rapport au lobe principal, en élévation (pour les deux modes) et en azimut (pour le mode pointé seulement). La figure 4.15 présente les courbes obtenues dans ce dernier cas qui apparaît être le plus limitant. D’une manière générale, il ne semble pas possible (avec une excitation uniforme en amplitude) de descendre le niveau des lobes 7 au-dessous de −7,9 dB. Par contre, cette simulation permet de déterminer les espacements pour lesquels le niveau 7. Que cela soit en élévation ou en azimut. 106
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Remerciements Je tiens en premier l
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