Academic literature on the topic 'Antennes miniaturesDispositifs de caractérisation'

L'objectif poursuivi dans ce travail est de créer un outil efficace d'aide à la conception des antennes (à une et a deux dimensions) ultrasonores haute fréquence. Dans un premier temps, des méthodes classiques de caractérisation de ces antennes ont été présentées et discutées. La qualité des images ultrasonores obtenues dépend fortement des caractéristiques des transducteurs élémentaires utilises. Dans la seconde partie, l'effet de l'amortisseur a été analysé en le considérant comme une ligne de transmission présentant des pertes. Il a été montré qu'il est possible de restreindre le maillage de l'amortisseur en maintenant le produit de l'épaisseur Tb et de la tangente de l'angle de pertes tg de l'amortisseur constant. Pour tenir compte des phénomènes d'interactions mécaniques et acoustiques, un modèle original a été développé pour calculer la directivité d'une barrette linéaire focalisante constituée de N éléments. Il a été montré que l'intensité d'une barrette est le produit du diagramme du rayonnement en champ lointain d'un transducteur actif monte entre transducteurs passifs et d'un facteur représentant le déphasage entre transducteurs élémentaires. En utilisant la méthode des éléments finis (NEF) il a été montré que les interactions acoustiques peuvent être négligées. La modélisation des antennes a deux dimensions (mosaïques) par la MEF nécessite un maillage d'un domaine fluide important. A cet effet, une autre méthode basée sur la décomposition spectrale de la source (DS) et l'utilisation de la transformée de Fourier discrète (TFD) a été utilisée pour le calcul du champ lointain. Les erreurs dues à l'utilisation de la TFD et à la discrétisation (repliement spectral, repliement spatial, déplacement de phase) ont été mis en évidence. Des règles de choix pour fixer les paramètres utilisés dans l'implémentation de la méthode DS pour le calcul du champ lointain ont été obtenues. Un couplage de la MEF et de la DS pourra donc être envisagé pour la modélisation des barrettes ultrasonores amorties et adaptées<br>The aim of this work is to build a flexible tool for one and two-dimensional high frequency acoustic antenna design. In a first stage, used for characterizing such antennas are presented and discussed. The quality of ultrasonic images obtained from the antennas closely depend on the characteristics of the elementary transducers involved in their fabrication. In the second part, the effect of the backing material is analyzed by considering it as a lossy delay line. It is shown that it is possible to lower the size of the meshing (for subsequent finite element analysis (FEA) ) for the backing , by keeping constant the product of the backing thickness T8 times its loss angle tangent tg. In order to take into account the accoustical and mechanical interaction phenomena in the antennas, an original model has been developed for computing the radiation pattern of a N-element focusing linear array. It is shown that the intensity radiated by an array is given by the product of the far-field radiation pattern of a particular active transducer (mounted between other passive transducers) by a factor depending on the phase lag between elementary transducers. Moreover, , using FEA, it has been proven that the purely acoustical interactions may be neglected. The modelisation of o-dimensional antennas (mosaics) using FEA calls for the meshing of a very large fluid domain. Another method, based on the angular spectrum decomposition (ASD) and the use of the discrete Fourier transform (DFT), has therefore been developed for computing the far field. The errors inherent to the use of DFT an dicretization (spectral aliasing, spatial aliasing, phase lag) have been evidenced. Selection rules for the parameters, used in the implementation of the far field computation using the ASD method have been derived. The principle of a coupling between the FEA and ASD methods for the study of bi-dimensional backed and matched ultrasonic arrays appears feasible and is now under study

Ces travaux de recherche portent sur la conception et la caractérisation d’antennes directives à bas coût en bande millimétrique. Nos travaux concernent, en premier lieu, la conception d’antennes large bande pour deux applications : Le LMDS et les systèmes de communications multimédia par une constellation de satellites en orbite basse. Nous avons pour cela hybridé des technologies volumiques et planaires. Plusieurs antennes élémentaires ont d’abord été optimisées et validées dans les bandes Ka et K. Nous leur avons ensuite associé des lentilles diélectriques optimisées pour l’accroissement de la directivité. La seconde partie porte sur la technologie BIE où nous avons étudié plusieurs configurations d’antennes directives. Une optimisation des rapports des permittivités des matériaux diélectriques utilisés dans la composition des structures BIE a ensuite été menée afin d’accroître leurs bandes passantes. Une antenne pour liaison point à point à 39 GHz a alors été développée et validée<br>This research work deals with the design and the characterization of low cost directive antennas for millimeter-wave applications. Firstly, our work concerns the design of broadband antennas for two applications : The LMDS and the multimedia communication systems by low earth orbit satellite constellation. For that, we associate the voluminal technologies and the planar ones. Several elementary broadband antennas were firstly optimized and realized in Ka and K bands. Focusing structures (dielectric lenses) are then added to the previous antennas to improve the directivity. Secondly, our work concerns the EBG technology. We started with the realization of several configurations of directive antennas. The optimization of the dielectric material permittivity ratio of the EBG structure was then carried out in order to increase the operating frequency band. Thus, an antenna for point-to-point applications at 39 GHz was developed and validated by our experimental measurements

Les matériaux de traitement acoustique tels que les mousses, tissus ou moquettes sont utilisés dans de multiples domaines afin d'absorber le son. Cela peut être à des fins de protection (travailleurs) ou pour apporter du confort (bâtiments, voitures, avions, etc ). Afin de dimensionner et choisir quel matériau utiliser en fonction de chaque situation, on utilise des calculs prévisionnels basés sur les caractéristiques des matériaux et permettant d'obtenir leur coefficient absorption où encore l'impédance de surface.Les caractérisations sont classiquement réalisées en laboratoire à partir de mesures normalisées via le tube d'impédance ou la méthode de la chambre réverbérante. Néanmoins, celles-ci possèdent de nombreuses limitations.La problématique de ce projet de doctorat est de trouver des solutions à partir de mesures réalisées à l'aide d'une antenne de microphones pour calculer les caractéristiques de matériaux acoustiques de manière fiable et robuste tout en dépassant les limitations des méthodes usuelles. Ce document est une synthèse des travaux menés dans cette direction. Le problème est traité au travers de deux grandes approches, les approches de type holographique où l'on reconstitue la pression acoustique et la vitesse normale particulaire pour estimer l'impédance de surface et les approches de correspondance de modèle (optimisation) où l'on identifie l'impédance de surface qui minimise l'erreur entre les mesures et le modèle. Les méthodes développées sont présentés pour différentes géométries d'antenne de microphones : sphérique, hémisphérique et planaire. Elles sont séparées entre les méthodes qui dépendent d'une géométrie et celles qui peuvent être appliquées à plusieurs géométries. Des simulations et des expériences sont réalisées afin de valider les modèles développés, enfin les avantages et inconvénients des méthodes proposées sont discutés<br>Sound absorbing materials such as foams, textiles or carpets are used in many areas to absorb sound. This can be for protection (workers) or comfort (buildings, cars, airplanes, etc.).In order to dimension and choose which material to use according to each situation, predictive calculations are used based on characterizations giving the absorption coefficients and/or surface impedance of the said materials.The characterizations are typically carried out in the laboratory using standardized measurements techniques such as the impedance tube or the reverberation chamber method. However, these have many limitations. The problematic of this PhD project is to find solutions by using a microphone antenna system to determine the properties of acoustic materials in a reliable and robust way while overcoming the limitations of conventional methods. This document is a synthesis of the work carried out in this direction. The problem is addressed through two main approaches, the holographic type approaches where one reconstructs the sound pressure and the normal particle velocity to estimate the surface impedance and the model matching (optimization) approaches where one identifies the surface impedance that minimizes the error between the measurements and the model.These models are presented for different microphone antenna geometries: spherical, hemispherical and planar. They are separated between methods that depend on one geometry and those that can be applied to several geometries.Simulations and experiments are shown to validate the developed models

Après avoir été un peu délaissée pendant les dernières décennies, la bande de fréquences HF (3-30~MHz) connaît aujourd'hui un regain d'intérêt. Initialement réservée aux communications à longue distance, par réflexion des ondes sur l'ionosphère, la bande HF est beaucoup utilisée en radar pour la détection de cibles au-delà de l'horizon radioélectrique. La performance de tels systèmes est conditionnée par la connaissance précise du champ électromagnétique rayonné par les antennes. Les dimensions métriques de ces émetteurs interdisent une mesure directe, in situ, du champ électrique rayonné par l'antenne en zone de champ lointain. Par ailleurs, les modes de propagation, par onde de ciel et par onde de surface, associés aux antennes HF, sont très dépendants de leur environnement. L'objectif est, ici, de définir une méthode de caractérisation d'antennes HF placées au-dessus d'un sol réel, se basant sur une mesure du champ rayonné par la source sur une surface fermée en zone proche. Nous proposons donc deux méthodes de caractérisation d'antenne. La première méthode est issue d'une décomposition modale du champ pour laquelle le sol est pris en compte par la définition d'un coefficient de réflexion. Puis, par le biais d'une expression asymptotique des modes du champ, nous déterminons le champ lointain de l'antenne. La seconde approche utilise une méthode de moments pour déterminer les sources équivalentes modélisant l'antenne sous test. Ces sources équivalentes sont des dipôles électriques élémentaires, verticaux et horizontaux, dont le rayonnement, en champs électrique et magnétique, a été déterminé, de façon analytique, par Peter Bannister. Une méthode de régularisation est associée afin d'extraire, d'une part, une solution physique au problème, et d'autre part, de rendre le système linéaire moins sensible aux bruits de mesure<br>After having been neglected in recent decades, the RF frequency band (3-30~MHz) is currently experiencing a revival. Initially reserved for long-distance communication, by reflection of waves on the ionosphere, the HF band is widely used in radar to detect targets beyond the radio horizon. The performances of such systems depend on the precise knowledge of the electromagnetic field radiated by the antenna. Metric dimensions of these transmitters forbid direct in situ measurement of the electric field radiated by the antenna in the far field zone. In addition, modes of propagation, sky wave and surface wave modes, associated with HF antennas are highly dependent on their environment. The objective here is to define a method for characterizing a HF antenna placed above a real ground, based on a near field measurement. We therefore propose two methods to characterize a HF antenna. The first is based on a modal expansion of the near field, for which we take the ground into account by using a reflection coefficient. Then through an asymptotic expansion of the electric field spectrum, we determine the far field of the antenna. The second method uses a method of moments to identify the equivalent sources modelling the antenna under test. Those equivalent sources are elementary vertical and horizontal dipoles, for which radiation has been analytically calculated by Peter Bannister. A regularization method is used to extract, on the one hand, a physical solution, and on the other hand, to make the linear system less sensitive to measurement noise

Les polymères conducteurs sont des "métaux synthétiques" qui ont de nombreuses applications potentielles en microélectronique. La polyaniline (Pani), en particuler possède des propriétés électriques et mécaniques satisfaisantes permettant son utilisation pour la conception des circuits imprimés à faibles coûts pour des applications potentielles en ondes centimétriques et millimétriques. Dans ce contexte, nous avons étudié la faisabilité d'une antenne plaquée à base de Pani. Une structure à ligne enterrée à été conçue en déposant un film de Pani de 0. 1 mm d'épaisseur sur un substrat d'alumine. Tout d'abord, nous avons caractérisé les films conducteurs sur une large bande de fréquence (du continu aux ondes millimétriques) à l'aide de plusieurs méthodes de mesures micro-ondes adaptées à ces matériaux. Les mesures effectuées sur un film de Pani d'épaisseur 0. 1 mm ont données une conductivité de l'ordre de 6000 S/m et une permittivité voisine de 6000. Ensuite, nous avons modélisé (HFSS de la société ANSOFT) les performances de l'antenne plaqu'e en Pani en tenant compte des propriétés électriques mesurées. Les résultats de simulation présentés dans ce mémoire, démontrent la faisabilité d'une antenne imprimée à base de polyaniline conductrice de conductivité supérieur à 5 000 S/m. Enfin, les performances mesurées de l'antenne (gain (3,42 dB), coefficient de réflexion (-14 dB), bande passante (3,3 %) ainsi que les diagrammes de rayonnements obtenus - qui sont proches de celles obtenues avec du cuivre - démontrent que le Pani peut effectivement être utilisée pour ce type d'application.

L’augmentation de la bande passante, l’utilisation de réseaux d’antennes et le retournement temporel sont des solutions prometteuses pour augmenter la capacité des systèmes de transmission sans fil. Une première partie de ces travaux étudie les propriétés de focalisation du retournement temporel. Pour approfondir la connaissance du canal, un sondeur de canal multi dimensionnel a été conçu et réalisé. Doté de 180 antennes à l’émission et à la réception, cet équipement unique permet la caractérisation doublement directionnelle et sans ambigüité d’un canal ultra large bande. Des algorithmes spécifiques ont été développés pour identifier les composantes spéculaire et diffuse du canal de propagation. Plusieurs campagnes expérimentales de mesures ont été réalisées en environnement intérieur. L’analyse statistique a permis d’extraire des résultats pertinents destinés à une meilleure compréhension des mécanismes de propagation et à l’amélioration des modèles existants<br>The use of wider system bandwidth, multiple antennas and time reversal access scheme are currently promising solutions to increase throughput and system capacity. The first part of this work focuses on the focusing capability of time reversal. In order to get representative channel data and deeply investigate radio channel, an ultra wideband channel sounder and two virtual antenna arrays were designed. With 180 antennas at each side of the radio link, the equipment makes it possible double-directional channel measurements, with unambiguous direction or polarization information. Original algorithms were developed to estimate the specular and diffuse components of the propagation channel. Several experimental measurement campaigns, conducted in indoor environment, are detailed. Statistical analysis provides relevant results for a better understanding of propagation mechanisms and the improvement of existing models

La description détaillée des phases de la coda permet d'affiner la compréhension des processus de propagation des ondes sismiques, en milieu hétérogène. Ces phases sont importantes puisque l'énergie globale qui leur est associée peut représenter une quantité d'énergie supérieure à celle que véhicule le champ d'onde direct. En terme d'évaluation de l'effet de site, les phases secondaires ne peuvent donc pas être négligées et il est important de comprendre et d'identifier la nature des structures responsables de leur existence. En milieu hétérogène, les ondes incidentes émises lors d'un séisme subissent de nombreuses déformations au cours de leur propagation. Ces ondes sont alors diffractées et réfractées par les structures hétérogènes qu'elles rencontrent, avant d'être réémises notamment dans la direction de l'antenne. Il en résulte des sismogrammes présentant une coda complexe, caractérisée par la présence simultanée de nombreuses composantes ondulatoires. Les approches statistiques ont été les plus utilisées pour caractériser la coda des sismogrammes régionaux. La décroissance d'énergie de la coda permet en effet d'estimer le facteur de qualité, qui traduit le degré d'hétérogénéité moyen du milieu de propagation. Dans ce travail, un point de vue déterministe de la description de la coda a été adopté et nous avons lors décomposé les différents trains d'onde enregistrés par une antenne sismologique, en une somme d'ondes planes, chacune étant décrite par un temps d'arrivée, un contenu fréquentiel, une direction et une vitesse apparente de propagation. Devant la complexité que présente la coda des sismogrammes régionaux, les traitements classiques souffrent d'un manque de résolution et ne suffisent plus à caractériser la propagation de chaque phase cohérente qui se propage à travers une antenne. Des développements méthodologiques ont permis de mettre au point une technique de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde haute résolution des sismogrammes enregistrés par une antenne. Cette décomposition permet une description détaillée de l'évolution temporelle des paramètres de propagation des différentes phases cohérentes du sismogramme. Nous avons notamment construit un critère original permettant l'estimation du nombre de phases de même contenu fréquentiel, qui se propagent simultanément à travers l'antenne. Ce critère est basé sur la reconstruction a posteriori des formes d'onde analysées, à partir des paramètres de propagation retrouvés par la décomposition temps-fréquence-nombre d'onde. La mise en pratique sur différents cas synthétiques simples (propagation d'une onde plane à travers l'antenne) a montré sa supériorité à caractériser les paramètres de propagation des champs d'ondes corrélées qui se propagent simultanément à travers l'antenne ainsi que l'efficacité du critère de reconstruction d'énergie, pour l'estimation du nombre de phases à une fréquence donnée, présentes dans la même fenêtre d'analyse temporelle. L'application de cette méthode de décomposition à l'analyse de signaux simulés numériquement nous a permis de tester son pouvoir de résolution dans la description des paramètres ssociés à la propagation d'un champ d'ondes en milieu hétérogène. La méthode de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde développée ainsi que l'utilisation du critère du maximum d'énergie expliquée ont été validés. Les signaux réels auxquels nous nous sommes intéressés sont issus de l'expérience d'Annot, où les champs d'onde locaux ont été enregistrés par quatre antennes de faible ouverture (250 mètres). A partir des résultats obtenus de l'analyse des données, nous avons pu localiser les principales zones hétérogènes qui ont affecté la propagation des champs d'onde enregistrés par chaque antenne.

Dans le domaine des hyperfréquences, le défi à relever est clair : fabriquer à moindre coût des dispositifs miniatures et performants. Ces contraintes imposent l’engagement d’une profonde mutation des dispositifs actuels. L’utilisation de nouveaux matériaux devient donc une solution à considérer. Dans ce contexte, les études de matériaux tiennent donc une place stratégique. Des matériaux magnéto-diélectriques naturels et artificiels sont étudiés dans ce mémoire. Après un état de l’art sur la miniaturisation des antennes imprimées à l’aide de matériaux magnéto-diélectriques, nous proposons une étude sur les performances des antennes imprimées sur ce type de matériau. Des matériaux magnéto-diélectriques naturels de type « composites » ont été développés, réalisés et utilisés comme substrat pour miniaturiser des antennes patch. La caractérisation des matériaux magnéto-diélectriques artificiels est généralement considérée comme une tâche très difficile en raison de leur comportement dispersif résonant. Plusieurs méthodes telles que la méthode d’inversion, d’intégration des champs ou encore des méthodes analytiques ont été étudiées. Un matériau magnétodiélectrique artificiel à base de métasolénoïdes (métamatériaux) a été caractérisé théoriquement et expérimentalement puis utilisé comme substrat d’une antenne patch pour réduire sa taille<br>In the microwave range, the challenge is to produce at lower cost and high performance miniature devices. The use of new materials becomes a necessity. In this context, studies of materials take a strategic role. The natural and artificial magneto-dielectric materials are studied in this thesis. After a state of out on the miniaturized printed antennas using magnetodielectric materials, a study is proposed on the performance of antennas printed on such materials. The magneto-dielectric materials like natural "composites" have been developed, implemented and used as a substrate for patch antennas miniaturization. The characterization of artificial magneto-dielectric materials is usually considered as a very difficult task due to their dispersive resonant behaviour. Several methods such as the inversion method, integration of the field or analytical methods have been developed and compared. A magnetodielectric material based on artificial metasolenoïds (metamaterials) has been characterized theoretically and experimentally and used as a substrate of a patch antenna to reduce its size

Les matériaux à Bande Interdite Electromagnétique (BIE) 3D diélectriques ou métalliques présentent des propriétés de filtrages fréquentiels et spatiaux très intéressantes. La principale difficulté dans ce domaine reste leur conception. La techniq ue du prototypage rapide offre une solution en réalisant des structures céramiques couche par couche à partir d'une pâte photo polymérisable par radiation UV. Une fois frittée, la céramique possède les mêmes propriétés que celles obtenues par des techniques de réalisation plus traditionnelles. Ce mémoire est consacré à la caractérisation de ces structures à partir de leurs propriétés électromagnétiques. Un banc de mesure en espace libre permet d'identifier la bande interdite des structures réalisées. L'objectif de ce travail est d'utiliser les structures ainsi caractérisées pour réaliser des antennes BIE. Le filtrage spatial et fréquentiel permet le contrôle des directions privilégiées du rayonnement et de la directivité de l'antenne<br>3-D dielectric or metallic Electromagnetic BandGap (EBG) materials allow interesting properties in spatial and frequency filtering. One of the most difficult things in this domain is to realize it. The rapid prototyping offers a solution. A part is built layer by layer. An UV laser comes to polymerize a paste composed of ceramic and photosensitive resin. The ceramic, after sintering, has the same properties than those obtained through traditional manufacturing processes. The purpose of this report is to characterize this kind of materials by using their own electromagnetic properties. A bench of measurement in free space is used to identify the bandgap over a large frequency range of the manufactured structures. EBG antennas are realized from the manufactured and characterized 3-D electromagnetic bandgap materials. The filtering of the spatial and frequency wave obtained with those materials allowscontrolling the radiation directions and the directivity of the antenna