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اجلــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

اجلـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــمــــهـــــوريـــــــــــــــــــة اجلـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــزائـــريـــــة الدميـــــــــــــــــــــــــــــقـــراطــيـــــة الـــشـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــعـــبـــيـــــة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة التـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــعــــــليـــــــــم العــــــــــــــــــــــــــــــايل والبــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــحث العــــــــــــــــــــلــــــمــــــــــــي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique جـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــامعة أيب بــكــــــــــــر بــــلــــقـــــــايــ د– تـــــــلمســـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــان– Université Aboubakr Belkaïd– Tlemcen – Faculté de TECHNOLOGIE MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MASTER En : Télécommunications Spécialité : Systèmes des Télécommunications Par : Fersiti Samira Mahieddine Fatima Zahra Thème Soutenu le 26 Juin 2018 devant le jury composé de: Mr. BENADDA BELKACEM Prof à l’Université de Tlemcen Président Mr. BAHRI SIDI MOHAMMED MCB à l’Université de Tlemcen Examinateur Mr. MEHADJI ABRI Prof à l’université de Tlemcen Encadrant Mme. KRIM KHADIDJA Doctorante à l’Université de Tlemcen Co-encadrante 2017-2018 Antennes à Plan de Masse Partielle de type Hilbert pour un fonctionnement Ultra Large Bande i Dédicace Je rends grâce a Dieu de m'avoir donné le courage et la volonté. Je dédice ce modeste travail : A mes chers parents, pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, leur soutien et leurs prières tout au long de mes études, A mes proches de mes frères et mes sœurs, chacun à son nom ; A toute la famille ; A tous mes amis ; A tous mes chers enseignants qui ont enseigné moi ; M. Fatima Zahra ii Avant tout, je rends grâce à Dieu de m'avoir aidé à terminer ce travail. Je dédie ce modeste projet : A ma chère mère A mon père A tous mes frères et mes sœurs A ma copine Eman.S A tous ceux qui m’ont soutenu pendant toute la durée de mes études. Samira.F iii Remerciements Nous tenons tout d’abord à remercier DIEU le tout puissant et miséricordieux, qui nous a donné la force et la patience d’accomplir ce modeste travail. Nous adressons le grand remerciement à notre encadreur Mr ABRI MEHEDJI professeur à l’université Abou-Bekr Belkaid qui a proposé le thème de ce mémoire, pour ses conseils et ses directives le début jusqu'à la fin de ce travail. Nous tenons également à remercier messieurs les membres de jury pour l'honneur qu'ils nos ont fait en acceptant de siéger à notre soutenance, tout particulièrement : Le professeur Benada Belkacem pour nous avoir fait l'honneur de présider le jury de cette mémoire. Nous souhaitons exprimer notre gratitude à Bahri Sidi Mohammed maitre de conférences pour avoir faire de lecteur notre mémoire afin évaluer ce mémoire. Nous les remercions vivement pour l'intérêt que vous avez porte à ce travail et pour les précieux conseils et remarques. Nous tenons à remercier Mme Krim khadidja doctorante à l'université Abou-Bekr Belkaid cadre en Algérie Télécommunication pour tous ses conseils et ces aides malgrés ses nombreuses taches au sein de la société. Finalement, nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à nos familles qui nous ont toujours soutenues et à tout ce qui participe de réaliser ce mémoire. Ainsi que l'en- semble des enseignants qui ont intervenus à notre formation. iv Résumé La technologie Ultra Large Bande est utilisé dans plusieurs domaines et applications ce qui nécessite des antennes adaptées. Ce mémoire étudie et analyse quelques antennes ULB particulières appelées antennes de Hilbert. La modification des paramètres géométriques ainsi que la technique alimentation, améliore l’adaptation, élargie la bande passante et réduit l’encombrement. Grace à ces antennes on obtient un rayonnement optimal à cout limité. L’objectif de ce travail de mémoire et de proposer des structures originales des antennes ULB à base de cellules de type Hilbert pour les application sans fil. Les résultats fournis par le logiciel CST Microwave Studio montre une très bonne adaptation avec un fonctionnement Ultra Large Bande. Ces antennes peuvent donc répondre aux normes appropriées selon les fréquences désirées. Mots clés : Antenne ULB, Hilbert, plan de masse partielle, simulation. v Abstract Ultra Wide Band technology is used in many areas and applications which requires suitable antennas. This thesis studies and analyzes some particular ULB antennas called Hilbert antennas. The modification of the geometrical parameters as well as the feeding technique, improves the adaptation, widens the bandwidth and reduces the congestion. Thanks to these antennas we obtain an optimal radiation with limited cost. The objective of this memory work and to propose original structures of ULB antennas based on Hilbert type cells for wireless applications. The results provided by the CST Microwave Studio software show a very good adaptation with Ultra Wide Band operation. These antennas can therefore meet the appropriate standards according to the desired frequencies Keywords: ULB antenna, Hilbert, partial mass plan, simulation. vi ملخص تستخذم تقىٍت الىطاق الىاسغ فً الؼذٌذ مه المجاالث والتطبٍقاث التً تتطلب هىائٍاث مىاسبت . تقىم هذي األطشوحت بذساست وتحلٍل بؼض الهىائٍاث راث الىطاق الىاسغ خاصت التً تسمى هىائٍاث هٍلبشث . ٌؼمل تؼذٌل المؼلماث الهىذسٍت وتقىٍت التغزٌت ػلى تحسٍه ػملٍت التكٍف وتىسٍغ الىطاق التشددي وتقلٍل االصدحام . بفضل هذي الهىائٍاث وحصل ػلى إشؼاع مثالً بتكلفت محذودة. الهذف مه هزي المزكشة الؼمل و اقتشاح الهٍاكل األصلٍت للهىائٍاث داث الىطاق الىاسغ ػلى أساس خالٌا وىع هٍلبشث للتطبٍقاث الالسلكٍت. تظهش الىتائج التً ٌىفشها بشوامج المحاكاة تكٍفا جٍذا جذا مغ تشغٍل تقىٍت الىطاق الىاسغ وبالتالً ٌمكه لهذي الهىائٍاث أن تلبً المؼاٌٍش المىاسبت وفقا للتشدداث المشغىبت. كلمات البحث: هوائي واسع النطاق. Hilbert خطة كتلة جزئية ، محاكاة vii Sommaire Dédicaces………………………………………………………….……………………………i Remerciements…………………………………………………………………………..……iii Résumé…….…………………………………………….………………...……...………...... iv Sommaire…………………………………………………………………...………………...vii Liste des figures…………………………………………………………………………… …xi Liste des tableaux………………………………………………………………………...…..xiv Liste des acronymes…………………………………………………………………………..xv Introduction Générale………………………………………………………………………….1 Chapitre I : Concept de base sur les antennes I.1. Introduction………………………………………………………………………...………4 I.2. Définition d’une antenne ……………………………………...……………….……….....4 I.3. Structure d’un réseau d’antenne. …………………………………..…………..……….....5 I.4. Caractéristiques générales d'une antenne …………………………...…………………...…6 I.4.1. Diagramme de rayonnement ……………..……………………...……………………6 I.4.2. Gain……………………………………………...………………….…………………7 I.4.3. Angle d’ouverture ………………………………...…………………..………………8 I.4.4. Directivité ……………………………………………………………….……………8 I.4.5. Rendement……………………………………………………………………………9 I.4.6.Polarisation ………………………………………...……………………..…….……..9 I.5. Réseaux d’antennes …………………………………………………………..………….11 I.5.1. Les réseaux d’antennes périodiques…………………………………….………….11 I.5.2. Les réseaux d’antennes log-périodiques……………………………………………11 viii I.6. Méthodes de modélisation ………………..…………………………………………12 I.6.1. La méthode FDTD ………………………………………………………………….12 I.6.2. La méthode des éléments finis ……………………………………………….....…..12 I.6.3. Modèle de la ligne de transmission………………..…………………………….….12 I.6.4. Méthode itérative à base d’onde WCIP ……...……………………………………..13 I.7. Différents types d'antennes ………………………………………………………………14 I.7.1. Les antennes filaires…...…………………………………………………………….14 I.7.1.1. Antenne dipolaire…………………………………………………………..….14 I.7.1.2. Antenne Yagi …………………………………………………………………..15 I.7.2. Antenne imprimé…………………………………………………………………….16 I.7.2.1. Technologie des antennes imprimées………...………………………………..17 I.7.2.2. Différentes formes d’antennes imprimées……………………………………..17 I.7.2.3.Technique d’alimentation..……………………………………………………..18 I.7.3.Les antennes à réseau de fentes ……………………………………………………...19 I.7.4. Les antennes à ouverture (cornet)……………………………………………………19 I.7.5. Les antennes à réflecteurs parabolique………………………………………………20 I.8. Antennes multi-bandes…………………………………………………………………...21 I.8.1. Introduction ………………………………………………...…………………….....21 I .8.2. Définition …………………………………………………...……………………....22 I .8.3.Techniques utilisées pour obtenir des antennes multi-bandes ………………………22 I.8.3.1.Combinaison de plusieurs éléments rayonnants ……………………………...22 I.8.3.2. Antennes de type PIFA ………………………………...…………………….23 I.8.3.3.Géométries fractales …………………………………….....…………………24 I.8.3.4. Utilisation des trappes ………………………………….……………………..24 I.9. La technologie Ultra Large Bande (ULB)…......................................................................25 I.9.1.Définition……………………………………………………………………………..25 I.9.2.Caractéristiques principales de l'Ultra Large Bande …………………………………26 I.9.2.1. Problème dû à la propagation par trajets multiples …………………………...26 I.9.2.2 .Communications protégées..……………………………………………..........26 I.9.2.3. Capacité de la technologie ULB ……………………………………………...27 I.9.2.4. Simplicité relative des systèmes ULB………………………………………...27 I.9.2.5. Inconvénients de l'Ultra Large Bande….…..…………………….……...........27 ix I.10. Description du logiciel de simulation ………………………………………………….28 I.10.1.Principales caractéristiques de logiciel CST ………………………………………29 I.11.Conclusion ………………………………………………………………………………29 Chapitre II : Concept des structures Hilbert II.1.Introduction………………………………………………………………………………31 II.2. Antennes fractale………………………………………………………………………...31 II.3. Types de géométrie fractale………………………………………….…………………..32 II.3.1. L’antenne de Sierpinski ………......……………………...………………..……...32 II.3.1.1 Le triangle de Sierpinski……………………………………………………32 II.3.1.2 Tapis de Sierpinski…………………………………………..……………...32 II.3.2. L’antenne de Koch………………………………………………………………..33 II.3.3. L’antenne de Minkowski………………………………………………………….33 II.3.4. Antenne fractale circulaire………………………………………………………..34 II.3.5. Arbre fractal de Pythagore………………………………………………………...34 II.4. Avantages et inconvénients de l'antenne fractale………………………………………..35 II.4.1 .les avantages……………………………………………………………………….35 II.4.2. Les inconvénients………………………………………………………………….36 II.5. Applications d’antennes fractales………………………………………………………..36 II.6. L’antenne de Hilbert……………………………………………………………………..37 II.7. Application de l’antenne Hilbert………………………………………………………...37 II.7.1. Étude des antennes fractales compactes de courbe de Hilbert pour Applications médicales implantables ………………………………………………………………………37 II.7.1.1. La géométrie et la conception de l'antenne………………………………...38 II.7.1.2. Simulation…………………………………………………………………..39 II.7.1.3 .Résultats…………………………………………………………………...40 II.7.2.Un PIFA Hilbert Miniaturisé pour Mobile Double Bande Applications sans fil….42 II .7.2.1.Conception d’antenne………………………………………………….......42 II .7.2.2.Résultat……………………………………………………………………44 x II.7.3. Conception de l'antenne fractale de Hilbert pour la détection et la classification des décharges partielles…………………………………………………………………………...46 II.7.3.1. Conception de l'antenne…………………………………………………....46 II.7.3.2.Simulation et implémentation HFSS……………………………………….47 II.7.4.Antenne UHF à courbe Hilbert fermée pour le test de décharge partielle sur site.............................................................................................................................................49 II.7.4.1. Simulation de l'antenne Hilbert fermée UHF…………………………..…49 II.8.Conclusion………………………………………………………………………………..51 Chapitre III : Présentation des résultats de simulations III.1. Introduction……………………………………………………………………………..53 III.2. Choix de l’outil de simulation…………………………………………………………..53 III.3. Le substrat utilisé……………………………………………………………………….53 III.4. Simulations et résultats…………………………………………………………………53 III.4.1.Étude d’une antenne rectangle a plan de masse partielle de type Hilbert………...53 III.4.1.1.Influence de changement de la fente……………………………………55 III.4.2. Étude d’un monopole rectangle.………………………………………………...59 III.4.2.1.Étude d’un monopole à plan de masse partielle de type Hilbert……….60 III.4.2.2.Étude d’un monopole dans l’élément rayonnement de type Hilbert…...63 III.4.3.Étude d’un monopole demi-disque dans l’élément rayonnement de type Hilbert………………………………………………………………………………………...68 III.5.Conclusion………………………………………………………………………………72 Conclusion générale…………………………………………………………………………..73 Annexe A……………………………………………………………………………………..74 Annexe B…………………………………………………………………………….………..77 xi Liste des figures : Chapitre I : Concept de base sur les antennes Figure I.1 : Structure d’un réseau d’antenne. …………………………………………………6 Figure I.2 : Représentation du diagramme de rayonnement d’une antenne…..……………….7 Figure I.3 : Diagramme de rayonnement et angle d’ouverture………………………………..8 Figure I.4 : Polarisation du champ électromagnétique………………………………………10 Figure I.5 : Masque des réseaux d’antennes……………………………………………...…11 Figure I.6 : Modèle de la ligne de transmission ………………………………………….….13 Figure I.7: Antenne dipolaire………………………………………………………………...15 Figure I.8: Antenne yagi………………………...…………………………………………...15 Figure I.9: Antenne imprimée………………………………………………………………..16 Figure I.10: Différentes formes d’antennes imprimées……………………………………...18 Figure I.11: Réseau de fentes………………………………………………………………...19 Figure I.12: Antenne cornet………………………………………………………………….20 Figure I.13 : Antenne à réflecteur parabolique……………………………………………...21 Figure I.14: Antenne PIFA élémentaire……………………………………………………...23 Figure I.15: Antenne monopole à trappes de résonner……………………………………....25 Figure I. 16: Propagation par trajets multiples………………………………………………26 Chapitre II : Concept des structures Hilbert Figure II.1: Le triangle de Sierpinski………………………………………………………...32 Figure II.2 : Les quatre premières itérations uploads/Geographie/ ms-tel-fersiti-mahieddine 1 .pdf