Contribution à l’étude des techniques de miniaturisation des antennes. Application aux réseaux sans fil et Ultra Large Bande

Abstract

L’objectif principal de cette thèse est la contribution à la conception et à la fabrication des nouvelles structures miniatures d’antennes planaires fonctionnants sur une large bande de fréquences (antenne ULB). Un volet de cette étude est consacré à la conception d’une antenne miniature basée sur les géométries fractales, Une nouvelle technique de conception inspirée du triangle de Sierpinski a été proposée. Un prototype de dimensions 19×20×1.5 mm3a été réalisé et testé.Les résultats mesurés et simulésont montré que l’antenne couvre tout le spectre ULB (2.22 GHz à 10.7 GHz) avec un gain moyen de 3.46dBi et un pic de 4,77 dBi autour de 9,8 GHz. Une bonne efficacité de rayonnement a été obtenue de 72% à 85% avec un diagramme de rayonnement bidirectionnel dans les plans E et H. Un deuxième volet de cette étude est l’utilisation des métamatériaux, pour atteindre leurs propriétés «non conventionnelles», et obtenir des applications innovantes dans la conception des antennes. Dans un premier temps on a proposé une nouvelle structure de dimensions très faibles par rapport à la longueur d’onde d'une cellule méta-surfaces à deux dimensions, possédante une permittivité négative et un comportement coupe-bande ou bande interdite Electromagnétique (BIE).Ensuite une antenne compacte de volume 22.4×25.6×1.52 mm3 utilisant une structure périodique de métamatériaux basée sur la cellule précédente a été conçue, simulée et fabriquée. Les résultats de simulation et de mesure ont montré que l'antenne fonctionne dans une bande passante extrêmement large s’étend de [3.8 à 17.7] GHz (relativement 129%). Elle a offert un gain élevé de valeur moyenne 5.44 dB et un pic de 8.55dB à 15.48GHz. Une bonne efficacité de rayonnementa été obtenue entre 80% et 93%dans toute la bande de fonctionnement.Les caractéristiques des deux structures ont montré que ces deux antennesde faible encombrement et de performances élevées répondent de manière satisfaisante aux miniaturisations et s’intègrent facilement aux systèmes de télécommunications sans fil et ULB.