Modélisation d'antennes reconfigurables à diodes PIN et Varicap par la TLM

Modelisation of reconfigurable antennas integrated PIN and varicap diodes with the TLM method

• Auteur / Autrice : Hervé Tosi
• Direction : Jean-Marc Laheurte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes PIN

Résumé

Les antennes actives sont des structures rayonnantes compactes intégrant des éléments actifs. Les composants intégrés permettent de réaliser des fonctions d’oscillation, d’amplification et de communication directement sur l’antenne, évitant ainsi les pertes ohmiques et l’addition de bruits sur les signaux à traiter ? La multiplication de bandes de fréquences à couvrir à conduit au développement intensif d’antennes reconfigurables en fréquence. La variation de la tension de polarisation des composants permet, alors, de commander la fréquence de résonnance de l’antenne et couvrir, ainsi, de larges bandes de fréquences. La mise au point de ce dispositif complexe nécessite l’utilisation d’un simulateur globale pouvant modéliser l’interaction entre l’antenne et le composant. Le simulateur peut aussi nous aider à optimiser la ou les positions du ou des composants sur l’antenne afin d’atteindre, au niveau du comportement de élément, des performances maximales. La méthode TLM (Transmission Line Matrix) a été développée sur des calculateurs parallèles afin de satisfaire à ces besoins ? Couplée à l’algorithme de Newton-Rhapson, des composants passifs (R, L, C) et actifs (diodes PIN, Schottky, varicap) ont été modélisés à l’aide d’éléments localisés et de leurs schémas électriques équivalents ? Les éléments parasites, introduits par le boîtier et autres contact ohmiques, ont été pris en compte ainsi que les dimensions réelles des composants. Les simulations et les mesures de plusieurs antennes actives commutables en fréquence sont présentées dans ce manuscrit, et ont permis de mettre en évidence l’efficacité du logiciel de simulation développé.

Active antennas are compact radiating structures including active devices to allow analog functions as oscillation, amplification, mixing, switching, etc. In active antennas, the active devices are placed inside the radiating element to avoid added noise and ohmic losses due to the transmission lines. In particular, due to the multiplicity of standards of telecommunications, broad-band micro-strip antennas are of great interest and can be designed by integrating switch components? The bias voltage control of the active devices allows to shift the antenna’s resonance frequency and to cover several frequency bands. In such structures, the behaviour of the passive element is strongly affected by the active device and global modelling is needed for an accurate design. The objective of this work was to develop, on parallel computing, a numerical 3D-TLM method (Transmission Line Matrix) to provide accurate simulation of reconfigurable printed antennas. Coupled with the algorithm of Newton-Rhapson, passive (R, L, C) and non linear active devices (diodes PIN, Schottky, varicap) were modelled as lumped elements and using their equivalent electric models. The parasitic elements, introduced by the ohmic case and other contacts, were taken into account as well as real dimensions of the components. Simulated and measured data of several commutable active antennas in frequency are presented in order to validate this efficient simulation tool.