Systèmes multi-antennes PIFA pour des applications en diversité

Abstract

Dans ce mémoire, une étude générale des systèmes multi-antennes utilisés dans les récepteurs de téléphonie mobile est présentée. L’antenne PIFA est choisie car elle est le transducteur le plus utilisée dans l’industrie de la téléphonie mobile, et répond à certaines exigences de structure, de taille, de cout de fabrication et de bande passante. L’environnement dans lequel se propagent les ondes électromagnétiques est à l’origine de phénomènes de propagation multi-trajets pouvant entrainer l’évanouissement des signaux reçus par les récepteurs de téléphonie mobile. Pour lutter contre ce phénomène la diversité d’antennes est utilisée. Une antenne unique est d’abord conçue pour travailler dans la bande UMTS. La simulation électromagnétique est réalisée à l’aide du logiciel commercial HFSS. L’étude a portée sur l’influence des paramètres géométriques (plan de masse, plan du court-circuit, position de l’alimentation) sur la fréquence de la résonnance, le coefficient de réflexion, la bande passante, l’efficacité, le gain, la directivité et sur les diagrammes de rayonnement dans les deux plans E et H. Ensuite, deux antennes PIFA identiques, pour un fonctionnement dans la bande UMTS, placées au dessus de la même plaque de circuit imprimé sont étudiées. Pour maximiser leurs performances en diversité et/ou accroître la capacité de transmission du système global, une forte isolation entre elles est recherchée. Les paramètres S de l’ensemble des 2 antennes sont alors calculés et tracés à l’aide de HFSS. Mots clés : Téléphonie mobile, Canal de propagation, Diversité, Antennes PIFAs, Simulation par HFSS. Abstract: In this thesis, a general study of multi-antenna systems used in mobile telephony receivers is presented. The PIFA antenna is chosen because it is the most widely used transducer in the mobile phone industry, and meets certain requirements of structure, size, manufacturing cost and bandwidth. The environment in which electromagnetic waves propagate is the source of multipath propagation phenomena which can cause the signals received by mobile telephone receivers to fade. To fight against this phenomenon the diversity of antennas is used. A single antenna is first designed to work in the UMTS band. The electromagnetic simulation is performed using commercial HFSS software. The study was focused on the influence of geometric parameters (ground plane, short-circuit plane, power supply position) on the resonance frequency, the reflection coefficient, the passband, the efficiency, the gain, directivity and on the radiation patterns in the two planes E and H. Then, two identical PIFA antennas, for operation in the UMTS band, placed above the same printed circuit board are studied. To maximize their performance in terms of diversity and / or increase the transmission capacity of the overall system, a strong isolation between them is sought. The S parameters of all 2 antennas are then calculated and plotted using HFSS.

Key words: mobile phone, propagation channel, diversity, PIFA antenna, HFSS simulator ملخص في هذه الأطروحة ، يتم تقديم دراسة عامة للأنظمة متعددة الهوائيات المستخدمة في مستقبلات الهاتف المحمول. تم اختيار هوائي PIFA لأنه محول الطاقة الأكثر استخدامًا في صناعة الهواتف المحمولة ، ويلبي متطلبات معينة للهيكل والحجم وتكلفة التصنيع وعرض النطاق الترددي. البيئة التي تنتشر فيها الموجات الكهرومغناطيسية هي مصدر ظاهرة الانتشار متعدد المسارات التي يمكن أن تسبب تلاشي الإشارات التي تتلقاها مستقبلات الهاتف المحمول. لمحاربة هذه الظاهرة ، يتم استخدام تنوع الهوائيات. تم تصميم هوائي واحد أولاً للعمل في نطاق UMTS. يتم تنفيذ المحاكاة الكهرومغناطيسية باستخدام برامج HFSS التجارية. ركزت الدراسة على تأثير المعلمات الهندسية (مستوى الأرض ، مستوى الدائرة القصيرة ، موضع مصدر الطاقة) على تردد الرنين، معامل الانعكاس ، عرض النطاق ، الكفاءة ، الكسب والاتجاه وأنماط الإشعاع في كلا المستويين E و H. بعد ذلك ، تمت دراسة هوائيين PIFA متطابقين ، للتشغيل في نطاق UMTS ، وموضوعين فوق نفس لوحة الدوائر المطبوعة. لتحقيق أقصى قدر من أدائها من حيث التنوع و / أو زيادة قدرة الإرسال للنظام العام ، يتم السعي إلى عزل قوي بينهما. ثم تُحسب معلمات S لجميع الهوائيين وتُرسم باستخدام برنامج HFSS. الكلمات المفتاحية: الهاتف المحمول ، قناة الانتشار ، التنوع ، هوائيات، برنامج HFSS PIFA