Design and characterization of printed antennas for impulse Ultra Wide Band systems
Conception et caractérisation d'antennes imprimées pour systèmes Ultra-Large-Bande impulsionnels
Résumé
The recent use of Ultra Wide Band technology in telecommunication implies the study of appropriated antennas. This thesis presents the needs of efficient and characterized antennas but also the keys related to their conception. A state of the art of UWB antennas is proposed and a bow-tie structure is chosen for optimization. A novel triangular CPW-fed printed antenna is then presented. This shape allows a 50 Ω impedance matching, an omnidirectionnal radiation pattern, a limited size and a low cost. A triangular slot and capacitive effects are introduced in the radiating part of the antenna in order to confer a better matching over a wider bandwidth, and a smaller overall size to the structure. A second work was carried out on ground planes shape to obtain more constant radiation patterns with frequency. The measurements of four realized antennas have validated the simulated results. The combined effects of these improvements on the final antenna structure result in an size reduction of 70 %. An elliptical CPW-fed printed antenna has also been studied and realized. Time domain measurements were also necessary to characterize the antennas. The procedure and data processing are first presented and validated. Antenna transmit and receive transfer functions have been differentiated. This characterization in several plans and directions allows us to calculate the distortion of a reference pulse during his radiation by the antenna. The dispersion that occurs can then be calculated and compared depending on antenna under test and direction.
L'essor récent des communications Ultra Large Bande a nécessité des antennes spécialement adaptées à cette technologie. Cette thèse explicite les besoins en éléments rayonnants caractérisés ainsi que les contraintes spécifiques liées à la conception d'antennes pour ces systèmes. Un état de l'art des antennes large bande valide le choix d'une base d'étude. L'optimisation d'une antenne papillon précède la présentation d'une nouvelle structure imprimée. Cette géométrie d'antenne alimentée par guide d'onde coplanaire lui confère une adaptation d'impédance à 50 Ω, un rayonnement omnidirectionnel, ainsi qu'un encombrement et un coût limités. L'insertion d'une ouverture triangulaire ainsi que de fentes capacitives au sein du triangle rayonnant améliore l'adaptation, élargit la bande passante et réduit l'encombrement. Un second travail a consisté à obtenir un rayonnement moins directif en adoptant des formes de plans de masse latéraux appropriés. Les résultats simulés ont été validés par quatre réalisations. L'effet combiné des améliorations permet à l'antenne finale de présenter une réduction de taille de 70 %. Enfin, une antenne imprimée elliptique alimentée par CPW est étudiée et réalisée. Des mesures temporelles ont été nécessaires afin de caractériser les antennes. Le mode opératoire et les traitements appliqués sont décrits et validés. Les fonctions de transfert des antennes en émission et réception sont séparées. Leur caractérisation dans différentes directions de propagation permet de présenter les déformations subies par une impulsion référence lors de son rayonnement par les antennes. Leur dispersion a ainsi pu être comparée selon la direction et l'antenne utilisée.
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