Prédiction de l’impédance d’entrée d’une antenne BIE ou à cavité Fabry Pérot

1. Prédiction de l’impédance d’entrée d’une antenne BIE ou à cavité Fabry Pérot Thai-Hung VU, Anne-Claude TAROT Sylvain COLLARDEY, Kouroch MAHDJOUBI IETR, UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1

2. Antenne à BIE • Constituées d’un plan réflecteur (PEC, PMC…) et d’une ou plusieurs couches de matériau à B.I.E. • Assimilées à une cavité Fabry Pérot • Source primaire placée à l’intérieur de la cavité • Forte directivité • Reconfigurabilité • Compacité et légèreté • Adaptation • Bande passante limitée

3. Motivation • Etude des Antennes à Bande Interdite Electromagnetique (B.I.E)  Antennes directives compactes • Caractéristiques de rayonnement connues et faciles à obtenir. • Impédance de la source change drastiquement quand on la mis dans la cavité.  Impédance d'entrée obtenue seulement par des simulations numériques parfois assez lourdes en terme de mémoire et de temps de calcul. Objectifs • Chercher une méthode (semi) analytique permettant de prévoir l’impédance d’entrée des antennes à BIE planaires. • Mieux comprendre la phénomène physique au champs proche et plus Adaptation de l’antenne à BIE

4. Sommaire • Présentation de la méthode • Excitation à l’intérieur par une onde plane • Formule analytique\ Comparaison FDTD II. Génération de la méthode • Onde cylindrique • Onde sphérique • Antenne réelle : Dipôle simple III. Retours aux cas onde plane et cylindrique • Calcul de champs E et H par FDTD pour une source seule • Comparaison champs théorique/champs calculé IV. Conclusions et Perspectives

5. (r2 ; t2) D2 D1 (r1 ; t1) 1. Présentation de la méthode Cavité excitée par une source d’onde plane à l’intérieur Impédance vue par la source • Méthode de réflexions successives Onde d’incidence en haute Onde d’incidence en bas

6. Validation SSRs à pistes métalliques, a/Pt=40%; Pt=40mm; D1=D2=30mm; r1=r2

7. t= 50 ps t= 150 ps t= 200 ps t= 250 ps t= 100 ps Onde transmise Image Image SSR SSR SSR SSR SSR Source Source Source Source Onde réfléchie Onde incidente (cylindrique) H0(2) Ondes transmise et réfléchie sont cylindriques Ondes transmise et réfléchie centrées resp. sur source et image Onde incidente (cylindrique) H0(2) Onde incidente arrivant sur la SSR 2. Génération de la méthode pour une onde quelconque Cavité excitée par une source d’onde cylindrique à l’intérieur • La simulation électromagnétique confirme que : • L’onde transmise est aussi cylindrique : son centre est le même que celui de la source primaire. • L’onde réfléchie est aussi cylindrique : le centre est l’imagede la source primaire par rapport à la SSR.

8. image / SSR1 SSR1 D1 D source D2 SSR2 image / SSR2 » ( 2 ) E H ( kr ) 0 » ( 2 ) H H ( kr ) 1 Impédance d’entréed’une sourced’onde cylindrique Champs proches à l’intérieur de la cavité : Superposition des images Impédance au point de la source Champs crées par une source d’onde cylindrique r1 et r2 sont respectivement les coefficients de réflexion de SSR1 et SSR2.

9. N=10 N=1 N=3 N=23 N=50 N=100 SSR1 source D1 D D2 SSR2 Validation Comparaison FDTD/Analytique Convergence de Zen fonction du nombre d’images • Ondulation est d’origine de la finitude de la cavité  Zest convergée SSR à pistes métalliques, a/Pt=40%; Pt=40mm; D1=D2=30mm

10. Impédance d’entréed’une sourced’onde sphérique Onde « sphérique » est crée par un dipôle court Impédance Avec Comparaison FDTD/Analytique Partie réelle Partie imaginaire

11. Impédance d’entréed’une sourceréelle Question ? A partir de champs crée par une antenne quelconque, peut on prévoir l’impédance de l’antenne quand on la mis dans la cavité ? (méthode semi- analytique) Cas dipôle /2 Champs E et H crée par dipôle : Obtenu de la méthode FDTD (23 images)  Différence entre prédiction et FDTD

12. Explication… Question ? Champs E et H issus de la source seule sont bien calculé en FDTD ?  Retours au onde plane et onde cylindrique Comparaison le champs crée par une source d’onde plane/cylindrique en FDTD et Analytique Calculer Znormalisé (r), qui est indépendante de l’excitation Source onde cylindrique Source onde plane E(r): champs E à distance r par rapport à la source H(O): champs H au point de la source Comparaison le rapport Avec N=48 points d’observation

13. Source onde plane Source onde cylindrique Résultat sur Z (N=23 images)  Différences  Bon accord

14. 24 23.5 Ohm 23 22.5 22 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 FREQUENCE (GHZ) 0 -2000 -4000 Ohm -6000 -8000 -10000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 FREQUENCE (GHZ) Résultat sur Z (N=23 images) Source onde sphérique

17. Conclusions • Développement d’une formule analytique pour la conception d’une SSR combinée • Élargissement de la bande passante d’une Antenne à BIE en utilisant une SSR combinée. Phase Φ (f)=φPMC+φSSRcombinée F(f)=2kD fres freq IV. Conclusions & Perspectives Perspectives • Surface combinée > 2 couches • Association d’une SSR combinée et d’un conducteur magnétique artificiel (CMA) pour élargir davantage la bande passante et réduire la taille de l’antenne à BIE. • Méthode d’optimisation des SSRs combinées avec plusieurs critères : bande passante, directivité, …

18. Prédiction de l’impédance d’entrée d’une antenne BIE ou à cavité Fabry Pérot Thai-Hung VU, Anne-Claude TAROT Sylvain COLLARDEY, Kouroch MAHDJOUBI Merci de votre attention ! IETR, UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1