MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université Mohammed Boudiaf de M’SILA Université de M’sila جامعة المسيلة Faculté de Technologie كـــلــــية التكنولوجيا Département d’électronique قســــــــــــــــم اإللكترونيك أنظمة االتصاالت الرقمية: II ماستر MASTER II : S.T.N Conception d’une antenne multi-bandes pour les terminaux mobile LTE Présenté et réalisé par:* BACHIR Hemza * BEN RABAH Hichem Encadré par : Mr. KENANE Résumé :Dans cette étude, une antenne imprimée LTE est conçue on utilisant le simulateur électromagnétique full-wave, HFSS v 15.0.2. Pendant la simulation, les dimensions de l’antenne (patch substrat et la masse) seront variée, itérativement, afin d’atteindre des caractéristiques voulues par le concepteur. Après la conception une réalisation pratique sera faite. 3. Les antennes LTE 1. Introduction Dans ces derniers décennies, le domaine des télécommunications a connu une révolution très grande à cause de l’augmentation dans le marché des mobiles et internet [1]. Poussés par l’engouement du public, les antennes des téléphones mobiles sont se sont miniaturisées où l’utilisation des antennes imprimées est devenue usuelle dans les systèmes de radiocommunications. En termes de générations, LTE (long term evolution) est considérée comme la quatrième génération. Pour les opérateurs, et par comparaison avec des normes précédentes, LTE offre des performances améliorées plus que la facilité d'exploitation et le faible coût. Plusieurs concepteurs font des prototypes des antennes de différentes tailles. Dans notre étude, on va concevoir, par un simulateur HFSS, une antenne imprimée dédie pour la technologie LTE. L’utilisation du simulateur électromagnétique HFSS permet d’avoir un compromis entre les dimensions de l’antenne et ses performences, sans avoir préalablement recours à un modèle mathématique. La technologie LTE (long term evolution) est une amélioration du système de la 3G. Il augmente significativement l'efficacité spectrale et le taux de transmission des données en introduisant la technologie de transmission OFDM et de MIMO. Il supporte plusieurs allocations de largeur de bandes, tels que 1,4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz et 20MHz. L'assignement de fréquences de LTE est plus flexible. Sa capacité et sa couverture ont été grandement améliorées. Le LTE supporte une inter opération avec les autres systèmes 3GPP. La division fréquentielle FDD de l’antenne LTE est très utilisé comme un standard 4G et disposent d'un grand nombre des terminaux. L'antenne LTE est utilisée dans les appareils mobile 4G. Elle est utilisée pour recevoir les signaux GPS dont la fréquence couvre 698 à 960 MHz, 1575,42MHz et 1710 à 2700MHz. Un ensemble d'antenne externe LTE 4G est composé d'un circuit imprimé, d'un boîtier, d'un connecteur et d'un câble. [3] Ce simulateur permet d’étudier des structures complexes en 3D, en simulant ces structures et en proposant des visualisations claires des résultats en 2D comme les paramètres S et en 3D comme le diagramme de rayonnement. HFSS est utilisé essentiellement pour les expérimentations et les études des systèmes fonctionnant en HF, il est exploité notamment pour calculer les paramètres S, les fréquences de résonnances ainsi que les champs électromagnétiques. Fig.4. Exemple de la variation du coefficient de réflexion S11 vs la fréquence en utilisant HFSS [4] 2. Les antennes imprimées L’antenne imprimée est un dispositif métallique passif constitué d'un conducteur métallique (cuivre) de forme arbitraire, déposé sur un substrat diélectrique au-dessus d’un plan de masse, comme nous le Fig.1. Schéma simple d’une antenne imprimée montre dans la figure ci-contre L’antenne est modélisée se la forme d’un quadripôle d’où on peut extraire ses différents paramètres S, dans notre étude on va baser sur le Coefficient de réflexion S11 qui nous donne une idée sur l’adaptation de l’antenne avec son système émetteur/ récepteur. Pendant la conception, on va varier quelques paramètre tels que l’impédance d’entrée, les dimensions d’antenne, le substrat utilisé, la technique d’alimentation afin d’aboutir une antenne avec des caractéristiques voulues. Parmi ces caractéristiques on peut citer Directivité : 𝐷(𝜃, 𝜙) = 𝐽(𝜃, 𝜙)/𝐽0 𝜃, 𝜙 - Rendement de l’antenne : 𝑃𝑟 𝜂= 𝑃𝑓 - (1) (2) Fig.5 Exemple de la distribution du courant sur la surface de l’antenne LTE en utilisant HFSS Fig.2. Une antenne imprimée LTE [4] 3. La méthode de conception (HFSS) Dans cette étude, le simulateur, basant sur la méthode des éléments finis, HFSS v 15.0.2 est utilisé pour faire l’optimisation et paramétrage (optimitrics & optimisation) des dimensions d’une antenne à large bande et de faire varier ces paramètre lors de simulation afin d’atteindre un coefficient S11 moins que -10 dB dans la gamme privilégie. Le principe de fonctionnement est illustré dans le diagramme suivent - Gaine : le résultat entre la directivité et la perte. 𝐺 𝜃, 𝜙 = 𝜂 ∗ 𝐷 𝜃, 𝜙 (3) - Ouverture : si Gm est le gain maximal, donc l’ouverture est le moitié, Gm/2 𝑓𝑟 = [4] International Journal of Computer Applications (0975 – 8887)Volume 115 – No. 12, April 2015 C = la célérité de la lumière dans le vide. 𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 = 𝜀𝑟 +1 2 + 𝜀𝑟 −1 (1 2 + ℎ −1 12 ) 2 𝑤 Où 𝜀𝑟 est la Permittivité relative du substrat [2] . 7. Références [2] I. J. Bahl and P. Bhartia, "Microstrip antennas,“ Dedham, Ma: Artech House 1980. [3] Jiashan Jinchang Electron Co.,Ltd, www.jinchanggps.com (4) 2𝐿𝑒𝑓𝑓 𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 L’effet de quelques paramètres (dimension) sur les caractéristique d’une antenne (S11). Pour la conception d’antenne patch nous focalisons nos études dans notre projet sur ses caractéristiques en prenant compte les normes suivants: -l’antennes patch doit être trop léger. -Il doit être aussi de type imprimé. -Il doit avoir aussi une grande efficacité. -ainsi que la facilité de conception. -son volume doit être réduis au minimum la raison de son fonctionnement. [5] [1]www.arpt.dz/fr/doc/obs/etude/2013/Observa toire_Mobile_2013.pdf. - Fréquence de résonance : 𝑐 5.Etude paramétrique (5) Fig.3. schéma de principe de fonctionnement de HFSS [5] D. M. Pozar, “Microstrip Antennas,” Proc.IEEE, Vol. 80,No. 1, Jannuary 1992
