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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master Académique Par: DEGHFEL Walid et MERZOUGUI Rami Intitulé Soutenu devant le jury composé de: HOCINI Abdeselam Université M’sila Président KHEDROUCHE Djamel Université M’sila Rapporteur BOURAS Mounir Université M’sila Examinateur Année universitaire : 2016 /2017 Etude et conception d’une antenne patch ultra large bande ULB à bande rejetée FACULTE DU TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE N° :……………………………………….. DOMAINE : SCIENCES ET TECHNOLOGIE FILIERE : ELECTRONIIQUE OPTION : MICRO-ELECTRONIQUE I Nous dédions ce travail à : Nos mères, sources de tendresse et d’amours pour leurs soutiens tout le long de notre vie scolaire. Nos pères, qui nous ont toujours soutenus et qui ont fait tout possible pour nous aider. Nos frères et nos sœurs, que nous aimons beaucoup. Notre grande famille. Nos cher ami (e) s, et enseignants. Tout qu’ont collaboré de près ou de loin à l’élaboration de ce travail. II REMERCIMENT Avant tout, nos remerciements en premier lieu, à DIEU qui nous a donné la foi, le courage et la patience de parvenir à finir ce modeste travail. Nous tenons à remercier particulièrement nos parents ; nos succès demeurée loin le fruit de leurs longues années de sacrifices et de patience. Nous tenons à exprimer Nos vifs remerciements et ma gratitude à mon promoteur Dr. Djamel KHEDROUCHE, je le remercie pour ses conseils; ses précieux commentaires qui m’ont permis de surmonter mes difficultés, et de progresser dans cette présente étude. Nos remerciements s’adressent à tous les membres du jury qui ont accepté de juger mon travail. Nos remerciements vont aussi, à Mr. Tahar BOUGOUTAIA pour la documentation, l’accompagnement tout au long de ce travail et les conseils prodigués. Nos remerciements s’étendent également à tous, nos enseignants durant les années d’études. Enfin nous ne voudrais pas oublier de remercier toute personne qui Nous aidons de loin ou de près à réaliser ce travail. III Table des matières Dedicace ...................................................................................................................................... I Remerciment ............................................................................................................................. II Table des matières .................................................................................................................... III Liste des figures ....................................................................................................................... VI Liste des tableaux .................................................................................................................. VIII Resume ..................................................................................................................................... IX Abstract ..................................................................................................................................... X الملخص ........................................................................................................................................ XI Introduction générale Introduction general ................................................................................................................... 1 Chapitre I Généralités sur les antennes patch ULB I-1 Introduction .......................................................................................................................... 3 I-2 Définition et historique des Antennes .................................................................................. 3 I-3 L‟antenne Microstrip ............................................................................................................ 3 I-3-1 Description d‟une antenne microstrip............................................................................ 3 I-3-2 Caractéristiques de base................................................................................................. 4 I-3-3 Avantages et inconvénients ........................................................................................... 5 I-3-4 Les différentes formes d'une antenne patch ................................................................... 5 I-3-5 Les ondes existantes sur les antennes microruban ......................................................... 6 I-4 Principe de fonctionnement .................................................................................................. 7 I-4-1 Représentation en quadripôles ....................................................................................... 8 I-4-2 Coefficient de réflexion S11 ........................................................................................... 8 I-4-3 Directivité ...................................................................................................................... 8 I-4-4 Taux d‟ondes stationnaire SWR (standing wave ratio) ................................................. 9 I-4-5 Rendement de l‟antenne ................................................................................................ 9 I-4-6 Gain ............................................................................................................................... 9 I-4-7 Ouverture ....................................................................................................................... 9 I-4-8 Impédance d‟entrée ........................................................................................................ 9 I-4-9 Diagramme de rayonnement .......................................................................................... 9 I-5 Techniques d'alimentation .................................................................................................. 10 I-5-1 Alimentation par ligne microruban .............................................................................. 10 I-5-2 Alimentation par sonde coaxiale ................................................................................. 11 Page | IV I-5-3 Alimentation par couplage par fente ........................................................................... 11 I-5-4 Alimentation par couplage de proximité ..................................................................... 11 I-5-5 Comparaison entre les différentes techniques d'alimentation...................................... 13 I-5-6 Différentes méthodes d'alimentation ........................................................................... 13 I-6 Méthodes d'analyse ............................................................................................................. 15 I-6-1 Méthodes analytiques .................................................................................................. 15 I-6-1-1 Le modèle de la ligne de transmission .................................................................. 15 I-6-1-2 Modèle de la cavité ............................................................................................... 15 I-6-2 Méthodes rigoureuses .................................................................................................. 16 I-6-2-1 La méthode des éléments finis .............................................................................. 16 I-6-2-2 La méthode des différences finies ......................................................................... 17 I-6-3 La méthode TLM ......................................................................................................... 17 I-7 Les antennes ULB .............................................................................................................. 17 I-7-1 Exigences pour les antennes ULB ............................................................................... 18 I-7-2 Classification des antennes ULB ................................................................................. 19 I-8 Applications ........................................................................................................................ 20 Conclusion ................................................................................................................................ 21 Chapitre II Présentation du logiciel HFSS II-1 Introduction ....................................................................................................................... 22 II-2 Présentation du logiciel Ansoft HFSS ............................................................................... 22 II-3 Un projet en HFSS ............................................................................................................ 23 II-4 Comment commencer HFSS ............................................................................................. 24 II-5 Comment ouvrir un nouveau projet .................................................................................. 24 II-6 Sauvegarder le projet ......................................................................................................... 24 II-7 Insérer une conception de HFSS ....................................................................................... 25 II-8 Choix du type de solution.................................................................................................. 25 II-9 L‟Arrangement des Unités du Modèle de Mesure ............................................................ 26 II-10 Créer le substrat ............................................................................................................... 26 II-11 Création du Patch (l‟élément rayonnant) et la ligne microruban d‟alimentation (Feed Line) ......................................................................................................................................... 28 II-12 Création du port (waveport) ............................................................................................ 31 II-13 Assigner les conditions aux frontières ............................................................................ 32 II-14 Assigner une excitation au port d‟alimentation ............................................................... 33 II-15 Assigner les conditions aux limites ................................................................................. 34 Page | V II-16 Créer une installation d'analyse (analysis setup) ............................................................. 35 II-17 Ajouter le champ de fréquence (Add Frequency Sweep) ............................................... 36 II-18 Analyse ............................................................................................................................ 37 II-19 Créer les rapports ............................................................................................................ 37 II-20 Conclusion ....................................................................................................................... 39 Chapitre III Résultats et discussions III-1 Introduction ...................................................................................................................... 40 III-2 Étude et conception d‟une antenne ULB ......................................................................... 41 III-2-1 Diagramme de rayonement ....................................................................................... 43 III-2-2 Etude paramétrique de la position de la ligne d'alimentation pf pour l‟antenne de base ....................................................................................................................................... 44 III-3 Etude et conception d‟une antenne ULB a bande rejetée ................................................ 45 III-3-1 Insertion deux fentes en forme rectangulaire ............................................................ 45 III-3-2Etude paramétrique de dimensions de la fente .......................................................... 49 III-3-2-1 Etude paramétrique de la longueur de la fente LSL........................................... 49 III-3-2-2 Etude paramétrique de la largeur de la fente W1 ............................................... 51 III-3-2-3 Etude paramétrique de la largeur W3 ................................................................ 53 III-3-2-4 Etude paramétrique de la position des fentes PS ............................................... 55 Conclusion ................................................................................................................................ 57 Conclusion générale Conclusion generale ................................................................................................................. 58 Références Reference .................................................................................................................................. 59 VI Liste des figures Chapitre I Généralités sur les antennes patch ULB Figure I-1 : Géométrie d'une antenne microruban de forme arbitraire. ..................................... 4 Figure I-2 : Différentes formes d‟antennes patch. ...................................................................... 5 Figure I-3 : Trajectoires des rayons dans une antenne microruban (coupe). ............................. 6 Figure I-4 : Rayonnement d‟une antenne patch rectangulaire. .................................................. 7 Figure I-5 : Représentation en quadripôle. ................................................................................. 8 Figure I-6 : Diagramme de rayonnement d‟une antenne patch rectangulaire. ......................... 10 Figure I-7 : Techniques d‟alimentation. ................................................................................... 12 Chapitre II Présentation du logiciel HFSS Figure II-1: Organigramme des différentes étapes d‟un design HFSS [16]. ............................ 23 Figure II-2 : La fenêtre principale du logiciel HFSS. .............................................................. 24 Figure II-3 : Fenêtre de HFSS. ................................................................................................. 25 Figure II-4 : Boîte de dialogue du Type de Solution. ............................................................... 25 Figure II-5 : Boîte de dialogue des Unités de Modèle. ............................................................ 26 Figure II-6 : Le Substrat diélectrique. ...................................................................................... 27 Figure II-7 : Le plan de mass. .................................................................................................. 28 Figure II-8 : Représente le patch et la ligne d‟alimentation représentant un seul objet. .......... 30 Figure II-9 : Le patch et la ligne d‟alimentation. ..................................................................... 30 Figure II-10 : Ci-dessous représente le port dans le plan. ....................................................... 31 Figure II-11 : Le port. ............................................................................................................... 32 Figure II-12 : Le boitier d‟air. .................................................................................................. 32 Figure II-13 : Lumped port. ...................................................................................................... 33 Figure II-14 : Assignement de la condition "Conducteur parfait" pour le patch, la ligne microstrip d‟excitation et le transformateur d‟adaptation. ....................................................... 34 Figure II-15 : Assignement de la condition "Conducteur parfait" pour le plan de masse ....... 35 Figure II-16 : Assignement des frontières ................................................................................ 35 Chapitre III Résultats et discussions Figure III-1 : Géométrie de l‟antenne étudiée. (a) vue de dessus (b) vue de dessous. ............. 41 Figure III-2 : Coefficient de réflexion de l‟antenne de base .................................................... 42 Figure III-3 : Paramètres Z de l‟antenne de base ..................................................................... 43 Figure III-4 : Diagrammes de rayonnement de l‟antenne base (A) plan E et (B) plan H ........ 43 Figure III-5 : Coefficient de réflexion pour différents valeur de Pf. ....................................... 44 Figure III-6 : VSWR pour la différente valeur de Pf. .............................................................. 45 Figure III-7 : Antenne ULB a bande rejetée. ........................................................................... 45 Figure III-8 : Coefficient de réflexion S11 d‟Antenne ULB a bande rejetée ........................... 46 Figure III-9 : VSWR d‟Antenne ULB a bande rejetée............................................................. 46 Figure III-10 : Paramètres Z de l‟antenne ULB a bande rejetée. ............................................. 47 Figure III-11 : Diagrammes de rayonnement de l‟antenne proposée (A) plan E ..................... 48 Figure III-12 : Diagrammes de rayonnement de l‟antenne proposée (B) plan ........................ 48 Page | VII Figure III-13 : Coefficient de réflexion différents valeur de LSL. ........................................... 49 Figure III-14 : VSWR pour différents valeurs de LSL ........................................................... 50 Figure III-15: Coefficient de réflexion pour différents valeur de W1 ...................................... 51 Figure III-16 : VSWR pour différents valeur de W1 ............................................................... 52 Figure III-17 : Coefficient de réflexion pour différents valeur de W3 ..................................... 53 Figure III-18 : VSWR pour différents valeur de W3 ............................................................... 54 Figure III-19 ; Coefficient de réflexion pour différents valeur de PS ...................................... 55 Figure III-20 : VSWR pour différents valeur de PS ................................................................. 56 VIII Liste des tableaux Chapitre I Généralités sur les antennes patch Tableau I-1 : Comparaison entre les différentes techniques d'alimentation............................. 13 Tableau I-2 : Avantages et inconvénients des méthodes d'alimentation. ................................. 14 Chapitre III Résultats et discussions. Tableau III-1 : Paramètres géométriques de l‟antenne de base. ............................................... 41 Tableau III-2 : Valeurs de la position ligne d'alimentation pf.................................................. 44 Tableau III-3 : Valeurs de la longueur uploads/Geographie/ 7-pdf 1 .pdf