Etude et conception d'antennes imprimées sectorielles à faibles lobes arrière pour réseau Wi-Fi outdoor maillé

Study on printed sectoral antennas with very low backlobe radiation for Wi-Fi outdoor mesh networks

• Auteur / Autrice : Mohamad Hammoud
• Direction : Sylvie Jarrix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 19/06/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Despaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Jarrix, Gilles Despaux, Françoise Paladian, Tân-Phu Vuong, Sonia Ben Dhia, Annick Penarier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Paladian, Tân-Phu Vuong

Mots clés

Mots clés contrôlés

IEEE 802.11 (norme)

Dipôles magnétiques

Métamatériaux

Mots clés libres

Antenne sectorielle

Métamatériaux

Dipôle replié

Lobe arrière

Plan réflecteur

Réseau Wi-Fi maillé

Sectoral antenna

Metamaterials

Folded dipole

Back lobe

Reflectors

Wi-Fi mesh network

Résumé

Dans le cadre du réseau maillé Wi-Fi sur la bande 2,4 GHz en environnement outdoor, nous concevons des antennes sectorielles à très faible rapport de rayonnement avant – arrière. Ceci permet de limiter les interférences co-canales. Nous étudions tout d'abord des éléments rayonnants associés à un plan réflecteur en métamatériau. Ce dernier est basé sur une structure de Sievenpiper dite structure « champignon ». Cette structure est constituée de motifs périodiques imprimés sur un substrat. A l’aide de simulations des diagrammes de dispersion, et de la phase du coefficient de réflexion sur ces structures, avec de nombreux résultats issus de la littérature, nous caractérisons ces plans réflecteurs. Nous sommes alors en mesure de proposer des critères sur la géométrie des motifs pour que le comportement haute impédance de la structure coïncide avec la bande électromagnétique interdite. Le comportement des antennes, élément rayonnant et réflecteur, présente des performances de rayonnement et de bandes passantes très intéressantes. Pour des raisons budgétaires cette structure n'est pas retenue. Une partie de cette thèse explore alors l'effet de la géométrie des éléments rayonnants imprimés associés aux réflecteurs sur les performances en gain et sur le rapport avant/arrière. Le choix se porte sur une géométrie de type boucle. Ce travail est mené tant grâce à des simulations électromagnétiques 3D ainsi qu'à des expérimentations. Des mesures sur terrain d'un prototype d'un système constitué de trois antennes tri-sectorielles munis d'un radôme valide et clôt l'étude.

In the frame of outdoor meshed Wi-Fi network operating in the 2.4 GHz frequency band, we conceive sectoral antennas with very low front to back radiation ratio. This should limit co-channel interferences between neighboring base stations. We first study radiating elements in microstrip technology associated with a reflector based on metamaterials. The latter is based on the structure of Sievenpiper, the so-called "mushroom" structure. This structure comprises periodic pattern sprinted on a substrate. Simulations of the dispersion diagram and of the phase of the reflection coefficient, linked to numerous results from the literature, allow us to perform a full-through characterization of these reflectors. We can therefore propose a criterion on the geometry of the patterns bringing the high-impedance frequency band within the forbidden electromagnetic bandgap. The behavior of the overall antenna, radiant element and reflector, exhibits very interesting performances considering bandwidth and radiation lobes. For economic reasons, this structure is not retained and we switch to a simple perfect electric conductor plane. A part of this thesis explores the impact of printed antenna geometry and its associated reflector on the gain and front to back ratio characteristics. We finally choose a loop geometry. This work is achieved with 3D electromagnetic simulations and with outdoor measurements. On-field experiments on a prototype comprising 3 tri-sectoral antennas assembled under a Radome validate and concludes the study.