Les 2,5 et 2,75 générations : (Extension du GSM vers le GPRS et EDGE)

Des améliorations de la norme GSM sont mise au point afin d’en améliorer le débit. C’est le cas notamment des standards GPRS (General Packet Radio Service « 2,5 G ») et EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution « 2,75 G »). Ces deux standards conti-nuent à profiter de l’infrastructure existante du GSM [1, 2, 3]. Le GPRS fait son apparition en 2001. Il permet d’étendre l’architecture du stan-dard GSM, afin d’autoriser le transfert de donnée par paquets avec des débits 3 fois plus important que la 2G. Cette méthode est plus adaptée à la transmission des données. Grace au mode de transfert par paquets, les transmissions des données n’utilisent le ré-seau que lorsque cela est nécessaire. En effet, les ressources ne sont allouées que lors-que des données sont échangées, contrairement au mode « circuit » en GSM ou une con-nexion est établie pour toute la durée de la communication. Cela autorise à un accès plus confortable aux services WAP (Wireless Application Protocol) et à un internet allé-gé. Tout comme la norme GPRS, le standard EDGE est utilisé comme transition vers la 3G. Une modification du type de modulation permet d’améliorer le taux de la transmis-sion de données. Il quadruple les améliorations du débit de la norme GPRS, ouvrant ainsi la porte aux applications multimédias. Le standards EDGE utilise la modulation 8-PSK qui est différente de celle de GSM, ce qui implique une modification des stations de base et des terminaux mobiles.

La troisième génération :

La troisième génération (3G) [1, 2, 3] représente une évolution majeure par rap-port à la 2G. Sur la base de communications « voix », se sont les services mobiles qui pro-fitent de réseaux hauts débits largement supérieur. En 2002 la norme UMTS fait son apparition cette dernière propose d’atteindre un débit de donnée plus important, ou-vrant ainsi la porte à des applications multimédia comme visiophonie, diffusion de con- tenu vidéo et audio, MMS vidéo ou audio, l’accès à internet haut débit etc. il existe plu-sieurs formes de (3G) dans le monde, la norme UMTS employée en Europe repose sur la technologie W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) qui utilise une bande de fréquence de 5 MHz pour le transfert de la voix et de données avec des débits pou-vant aller de 384 kbits/s à 2 Mbits/s. tandis que le CDMA 2000 est utilisé aux Etat Unit et le TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) en Chine. L’UMTS utilise les bandes (1885-2025) MHz et (2110-2200) MHz. Cependant une nouvelle infrastructure de réseau doit être mise en place car l’UMTS ne peut fonctionner sur les réseaux GSM.

La composition du téléphone portable :

Un téléphone mobile seul ne per-met ni d’effectuer ni de recevoir des appels. En effet, c’est un concentré d’électronique compatible avec une norme de réseau donnée. La structure du terminal mobile, répond à des exigences de taille, de poids, de Convivialité et d’autonomie, ainsi il est composé de plusieurs éléments pour son bon fonctionnement qui sont représentés ci-dessous :

•La carte SIM : (Subscriber Identification Module) C’est une carte à puce qui mémorise toutes les in-formations sur l’utilisateur, le réseau auquel il est abon-né, le répertoire et les messages. Il en existe deux for-mats de celle-ci : ISO (taille d’une carte de crédit) et mi-cro (pour les téléphones les plus petits).

• L’écran pour ondes radio : Il s’agit d’un écran en aluminium qui sépare la carte supportant les circuits lo-giques internes du reste du téléphone. Cet écran est nécessaire afin d’éviter les pa- rasites et les émissions de champs électromagnétiques. Il sert d’isolant par rapport à l’électricité statique. Figure I.9 : Ecran tactile.

• Le clavier : Le clavier permet de composer les numéros de téléphone, mais également de taper des messages à envoyer, de configurer l’appareil,… La tendance est à la simplification de l’interface. Par exemple quelques marques proposent une « touche à tout faire » baptisée NAVI ; d’autres marques ont mis au point un sys-tème de commandes vocales avec lequel l’utilisateur n’a qu’à prononcer le numé-ro de téléphone à appeler ou le nom d’une personne répertoriée. Certains claviers sont rétro éclairés, ce qui pose des problèmes de consom-mation d’énergie, de répartition égale de la lumière entre les touches, et de choix d’une matière translucide.

• Boîtier : Il est nécessaire que le boîtier constitue un blindage performant contre les émissions extérieures. Les boîtiers sont moulés et blindés par métallisation. Afin de réduire leur poids, on utilise des matières en plastique rendant possible la réalisa- tion de cloisons d’environ 1mm d’épaisseur, ce qui nécessite l’utilisation de produits présentant une très bonne aptitude au moulage.

Diagramme de rayonnement :

La représentation graphique de la fonction caractéristique de l’antenne porte le nom de « diagramme de rayonnement ». C’est une représentation du rayonnement en 2-D ou 3-D de la puissance, du gain ou du champ électrique rayonné à grande distance qui est en fonction de θ (angle de Site : plan vertical) et φ (angle d’Azimut : plan horizontal). Classiquement, on a pris l’habitude de représenter le diagramme de rayonnement dans deux plans perpendiculaires qui sont : le plan E et le plan H. Le plan E (plan verti-cal) est défini comme le plan contenant l’axe de l’antenne et le champ électrique. Le plan H (plan Horizontal) est défini comme le plan contenant l’axe de l’antenne et le champ magnétique. C’est un diagramme qui représente les variations de la puissance que rayonne l’antenne par unité d’angle solide dans les différentes directions de l’espace. P

renons le cas d’une antenne isotrope, c’est à dire rayonnant de la même façon dans toutes les directions, soit P la puissance totale rayonnée par l’antenne isotrope, la puis-sance rayonnée par unité de surface à la distance r, ou la densité de puissance S a cette distance dans n’importe quelle direction est donnée par : Alors l’intensité de rayonnement de l’antenne isotrope Ui peut être écrite comme : (II.2) L’antenne isotrope n’existe pas et n’est pas réalisable. En réalité, l’énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l’espace, certaines directions sont privi-légiées : ce sont les lobes de rayonnement. Un type plus pratique est l’antenne directionnelle qui rayonne plus de puissance dans certaines directions et moins de puissance dans d’autres directions. Un cas particu-lier de l’antenne directionnelle est l’antenne omnidirectionnelle, dont le diagramme de rayonnement peut être constant dans un seul plan (plan E), et varie dans le plan ortho-gonal (horizontal) (plan H). Le diagramme de rayonnement de l’antenne directive est montré dans la (figure II.5) ci-dessous :

Le gain : Le gain n’est pas une quantité qui peut être définie en termes de quantité physique tel que le Watt ou l’Ohm, c’est plutôt un rapport sans dimensions. C’est une quantité descriptive de la performance d’une antenne. Le gain est donné en référence à une antenne standard, qui est l’antenne isotrope. L’antenne isotrope est prise rayonne aussi bien dans toutes les directions. Les vraies antennes isotropes n’exis-tent pas mais elles fournissent des modèles théoriques utiles et simples d’antenne et nous servent d’outil de comparaison pour les vraies antennes. En théorie, toute antenne rayonnera plus d’énergie dans une direction que dans une d’autre. Puisque les antennes ne peuvent pas créer d’énergie, la puissance totale rayonnée est identique à celle d’une antenne isotrope. N’importe quelle énergie additionnelle rayonnée dans les directions favorisées est également compensée par moins d’énergie rayonnée dans toutes les autres directions. Le gain d’une antenne dans une direction donnée [18] est « la quantité d’énergie rayonnée dans cette direction comparée à l’énergie qu’une antenne isotrope rayonnerait dans la même direction avec la même puissance d’entrée ». Habituellement nous sommes uniquement intéressés par le gain maximum, qui est le gain dans la direction dans laquelle l’antenne rayonne la majeure partie de la puissance.

Méthode des moments : L’utilisation de la méthode des moments dans les problèmes électromagnétiques a été développée pour la première fois par Newman [41], est une manière de résolution d’équations intégrales qui permet de réduire celles-ci en un système d’équations li-néaires appliqués aux structures planaires ou quasi-planaires sur les structures de 2-D [42]. Pour utiliser cette méthode, il faut décomposer la structure étudiée en plusieurs parties ou cellules. La résolution numérique des équations de Maxwell de la structure étudiée, permet d’écrire les champs électriques ou magnétiques en fonction d’une somme des courants induits. Le calcul de la distribution de courant évalué sur chaque section par annulation des champs électriques tangentiels, permet d’obtenir les paramètres [Z]. Dans la méthode des moments, l’équation intégrale est réduite à un ensemble d’équations algébriques linéaires de la forme suivante: [Z] · [I] = [V]. La matrice d’impédance [Z] est calculée à partir des équations intégrales. On va exci-ter la structure avec le vecteur de tension [V] et par la suite le vecteur de courant [I] sera calculé. Une fois le courant calculé pour chaque élément, les champs électrique et magné-tique seront déterminés. .

Les antennes ont des propriétés et des caractéristiques, selon lesquelles elles sont valorisées. Plusieurs techniques existent pour les réaliser. Alors, pour assurer un bon fonctionnement, il faut choisir celle la plus adaptée à l’application envisagée. Dans notre cas, le choix s’est porté sur la technologie des antennes imprimées. Leurs avantages nombreux permettent de les utiliser dans différents secteurs et surtout dans les communications mobiles (satellite, avion, voiture, missile, téléphone portable, …). Dans ce chapitre nous avons présenté l’antenne Micro ruban appelé en anglais « Patch » , un bref aperçu sur son historique, les avantages et quelque inconvénients et on a donné une description de ce élément rayonnant, les déférents types d’alimentation ainsi que son mécanisme de base a savoir le modèle de ligne de transmission, le modèle de cavité et modèle double alternance (méthode de moment). Après cette révision rapide des caractéristiques de base des antennes imprimées, le chapitre suivant va décrire la structure adoptée pour réaliser les antennes demandées qui fonctionne dans le standard PCS 1900 et le standard UMTS, la technique d’élargissement de la bande passante, ainsi que les résultats et les interprétations de simulation obtenus en utilisant le logiciel de simulation ADS.