Conception Optimisation Et Integration Rf D Un Systeme D Antennes Miniatures Multicapteurs Utilisant La Diversite En Vue D Augmenter Les Eprformances Radio D Un Terminal Mobile 4g
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Conception, optimisation et intégration RF d'un système d'antennes miniatures multicapteurs utilisant la diversité en vue d'augmenter les eprformances radio d'un terminal mobile 4G
Les communications en milieux urbains et intérieurs sont altérées par les trajets multiples à l'origine d'évanouissements de puissance du signal au niveau du récepteur. La diversité d'antennes constitue un moyen efficace pour améliorer le lien radio dans ces environnements. Nous avons donc travaillé sur différents systèmes d'antennes compactes présentant de la diversité. Afin de comparer leurs performances, nous avons développé une méthodologie d'évaluation théorique de la diversité en introduisant de nouvelles notions comme le gain de diversité référencé. Cette méthodologie permet de choisir le système d'antennes le plus adapté pour une application donnée. Nos travaux portent également sur la mise au point d'un banc de test permettant de quantifier l'amélioration du lien radio en termes de TEB apportée par un système à diversité d'antennes. Cette méthode d'évaluation expérimentale se différencie de l'état de l'art par l'utilisation de signaux modulés correspondant à des standards.
Antennes reconfigurables à base de MEMS RF
Ce mémoire traite de l'étude d'antennes reconfigurables à base de MEMS RF. L'approche retenue est la diversité de diagramme de rayonnement de la station de base et du mobile. Elle peut être particulièrement intéressante dans un environnement indoor (à l'intérieur d'un bâtiment) pour lutter contre les évanouissements provoqués par les réflexions multiples et augmenter la portée des systèmes, ce qui optimise les bilans de liaison améliore les débits de transmission, l'autonomie et permet par ailleurs d'augmenter le nombre d'utilisateurs en diminuant les interférences entre eux. Un état de l'art des solutions d'antennes reconfigurables ainsi qu'une introduction des MEMS RF est présentée. Ces composants présentent à la fois des performances RF très élevées, une linéarité accrue, pour un encombrement, un poids et une consommation de puissance bien plus faible que leurs équivalents à semiconducteurs. Ces avantages deviennent encore plus évidents aux fréquences millimétriques où de nouvelles applications émergent. De plus, ils peuvent être intégrés à des circuits en technologie CMOS sur du silicium ou encore fabriqués sur de nombreux substrats avec l'antenne. Les développements essentiels de cette étude sont la mise en oeuvre d'une méthode de modélisation et d'optimisation de réseaux à éléments parasites afin de former des diagrammes dépointés et l'intégration, via des modèles électriques équivalents, d'interrupteurs microélectromécaniques radiofréquences (MEMS RF) afin de rendre ces antennes reconfigurables en diagramme de rayonnement. Il s'est en effet avéré qu'il était nécessaire de modéliser ces systèmes afin de développer une démarche de conception efficace des réseaux à antennes parasite commutées. Suite à ces efforts de modélisation, des prototypes d'antennes passifs ont été réalisés et mesurés, permettant de valider la méthode de conception. Un prototype actif utilisant des composants MEMS RF a ensuite été développé. Des antennes à formation de faisceaux ont également été développées sur la base de cellules comDosées chacune d'une antenne reconfiaurable constituant un sous réseau d'un réseau Dlus larae.
Contribution à l'analyse, la conception et l'optimisation d'antennes multi-accès numériques pour communications opportunistes dans une architecure radio large bande
Avec l'extension exponentielle d'internet et l'avancement prodigieux, des communications sans fil, une diversité de systèmes d'accès et de terminaux de communications a été développée pour répondre aux besoins. Compte tenu de la multiplicité des services multimédia (GSM, UMTS, LTE, DECT, WLAN, DVB-T, ...) gérés par nos terminaux mobiles, il est indispensable d'envisager une gestion intelligente des ressources spectrales. La radio opportuniste exploitant cette intelligence, vise idéalement à concevoir un terminal universel conscient de son environnement opérationnel et qui peut d'une façon dynamique et autonome ajuster ses paramètres de fonctionnement. L'intelligence se trouve donc déportée coté utilisateur, et non plus unilatéralement coté opérateur via son réseau d'accès. Le degré de flexibilité et de reconfigurabilité au niveau de l'antenne est primordial dans la conception de tous les composants de la partie Radio Fréquence. L'objectif de ce travail de thèse est de développer des méthodologies d'analyse, de conception et d'optimisation d'antennes multi-accès pour communications opportunistes dans une architecture radio large bande ou multi-bande. Après une première étude des systèmes cognitifs et des antennes opportunistes, l'idée d'antennes multi-accès est introduite. Les challenges en termes de fréquences, des positions des accès et leur isolation nous ont incités à l'étude des phénomènes physiques permettant une vision globale des phénomènes électromagnétiques dans la structure. Par conséquent, une nouvelle méthodologie de conception basée sur l'analyse modale de la cavité équivalente a été développée. Elle a été appliquée sur différentes structures de forme plus ou moins complexes, comportant aussi des discontinuités (fentes et courts circuits). La boîte à outils de cette méthodologie (modèle cavité) a été complétée par des structures planaires à patchs parasites et empilés. Grâce à tous ces outils, plusieurs prototypes d'antennes multi-accès dédiées à la radio opportuniste ont été réalisés puis mesurés. Des perspectives sont ensuite ouvertes pour pouvoir aller plus loin dans la méthode notamment dans la description précise des phénomènes de rayonnement, des calculs d'impédance et des fréquences. Des configurations d'antennes attractives pour la SDR, le MIMO ou des applications de "spectrum sensing" sont envisageables.