Conception et optimisation d’antennes P reconfigurables

Conception et optimisation d’antennes P reconfigurables

Le chapitre précédent a permis d’introduire une méthodologie de conception d’antennes reconfigurables, prenant en compte les spécificités de ces dernières et qui est appliquée, dans ce troisième chapitre, à la conception d’antenne PIFA reconfigurables. Il s’agit d’antennes a priori à bande passante instantanée étroite, particulièrement adaptées à une utilisation dans un terminal mobile, première application envisagée au cours de la thèse. Par ailleurs, on fait appel à plusieurs reprises dans ce chapitre à des processus d’optimisation, qui permettent d’améliorer les performances des antennes considérées ou de faciliter leur conception. L’optimisation d’antenne relève à la fois de la physique, des mathématiques et de l’informatique. Les différentes méthodes d’optimisation utilisées au cours de la thèse sont présentées dans ce chapitre, et l’accent est porté sur la construction des fonctions de coût utilisées ; en effet dans la mesure où des outils d’optimisation commerciaux ont majoritairement été employés, c’est la fonction de coût qui permet de diriger le processus d’optimisation et elle est le point d’interaction entre celui-ci et l’utilisateur. Au travers de ce chapitre on montrera l’évolution de la démarche de conception des antennes PIFA développées lors de la thèse ainsi qu’une amélioration progressive des méthodes d’optimisation. On commencera par introduire une antenne PIFA simpliste, qui comporte un nombre très important de composants actifs et représente le point de départ de notre étude. La grande variabilité de cette antenne permet d’envisager un comportement flexible et potentiellement prometteur ; cependant, sa grande complexité et son caractère très académique, au sens d’un manque de réalisme des modèles utilisés, tendent à la rendre pratiquement irréalisable. Le prototypage et la mesure des antennes conçues restant une priorité, et la seule manière de valider les concepts développés dans le chapitre précédent, notre étude se dirigera ensuite dans une direction presque diamétralement opposée, à savoir le développement d’une antenne PIFA ne comportant qu’une paire de composants actifs. Le faible nombre de configurations en résultant, et partant le nombre de degrés de libertés disponibles, rendent nécessaires une optimisation fine de l’antenne, dans le but d’exploiter au maximum chacune des configurations disponibles. Cependant, au terme de l’étude de cette antenne comportant seulement deux composants, il est apparent que le nombre limité de configurations disponibles est trop restrictif pour l’obtention du comportement souhaité, à savoir quatre modes de fonctionnement aussi séparés que possible, ce qui sera explicité ultérieurement. Par suite, le présent chapitre s’achève par l’introduction d’une antenne PIFA comportant un composant actif supplémentaire, soit au total trois, ce qui double effectivement le nombre total de configurations disponibles et permet d’obtenir des résultats plus proches des objectifs fixés.

Optimisation d’antennes

Lors de la conception d’antennes paramétrées, il est parfois plus judicieux, ou efficace, de se tourner vers l’optimisation pour trouver un jeu de paramètres satisfaisant, d’autant plus lorsque ceux-ci sont nombreux. En effet, il est souvent impossible de séparer l’antenne en plusieurs sous parties indépendantes les unes des autres, les paramètres étant liés entre eux et influençant le comportement de l’antenne, d’une manière qui n’est pas toujours modélisable mathématiquement (rendant donc délicate une conception plus empirique). Les données d’entrée de tout algorithme d’optimisation sont les paramètres qui seront amenés à varier ; dans le cadre d’optimisations d’antennes, il s’agit le plus souvent des paramètres géométriques de l’antenne (dimensions, positionnement de structures, etc.). Ces différents paramètres peuvent être contraints, sur leur plage de variation ou par des relations les combinant, afin d’éviter par exemple qu’un jeu de paramètres ne génère une géométrie intéressante du point de vue de la fonctionnalité, mais qui ne soit pas réalisable (superposition ou intersection d’éléments). Pour chaque vecteur de paramètres, les propriétés électromagnétiques de la structure associée sont calculées ; il est ensuite nécessaire d’estimer ses performances suivant différents critères, ce qui est effectué au moyen d’une ou plusieurs fonctions de coût.