Contribution à l'Etude des Caractéristiques de Rayonnement et Performances d’Antennes Diélectriques Microruban à Ondes de fuite Non Uniformes. Application au Balayage Electronique

Abstract

Dans ce travail, une contribution à l’étude des caractéristiques de rayonnement et performances d’antennes diélectriques microruban à ondes de fuite non uniformes avec application au balayage électronique dans la bande millimétrique est élaborée. Ce cadre d’étude est mis à profit pour l’amélioration et l’optimisation des caractéristiques et performances de telles antennes, tel que le niveau des lobes secondaires, la forme globale des diagrammes de rayonnement (diagrammes conformés), ouvertures angulaires de balayage électronique par excursion de fréquence, largeur du faisceau, etc. Ces dernières connaissent certaines limitations dues au caractère uniforme des dimensions transversales des rubans métalliques tout au long de la longueur totale de l’antenne. Par ailleurs, par la proposition et la conception d’antennes microruban à ondes de fuite dont les dimensions selon les deux axes ( Ox) et (Oy) sont contraintes à varier d’une période à une autre, formant ainsi un structure rayonnante non uniforme à plus de degrés de liberté peut réduire le niveau des lobes secondaires, produire des diagrammes conformés ou répondre à certaines spécifications fixées par l’utilisateur. Ainsi, dans ce contexte de recherche, plusieurs profils non uniformes continus, prédéterminés, aléatoires voire non périodique sont proposés dans ce cadre d’étude où la longueur b et la largeur W des rubans métalliques imprimés sur la face supérieure du substrat sont optimisés afin de répondre au but fixé au départ. En conséquence, plusieurs distributions symétriques et non symétriques des profils proposés sont obtenus et comparés. D’autre part dans un premier temps, un modèle d’analyse d’antennes diélectriques microruban à ondes de fuite est développé. Tenant compte des dimensions finies de la structure (effets de bords), il est basé sur le modèle du guide à murs magnétiques. La méthode de résolution est du type intégrale variationnelle multimodale. Les équations de continuité vérifiées par les champs électromagnétiques au niveau de la discontinuité de la structure rayonnante qui est due à la présence du métal, sont données en termes d’opérateurs admittances restreints aux portions du domaine de définition de la discontinuité. Celui-ci permet de poser la relation linéaire liant le champ électrique transverse à une densité de courant. Par suite, selon la complexité de la structure, un schéma équivalent systématique et comparable aux circuits électriques classiques est établi. Il introduit le concept de fonction d’essai comme une source virtuelle ajustable. Par ce moyen rigoureux, tous les paramètres d’une structure peuvent être pris en considération : source d’excitation, milieux non homogènes, dimensions finies et forme arbitraire, etc. En conséquence, par la méthode de résonance transverse, le problème homogène formulé aux valeurs propres est résolu numériquement par la méthode de Galerkin. Le choix judicieux des fonctions des bases de décomposition et d’essai dans le cas d’un ruban métallique (respectivement modes TE et TM d’un guide à murs périodiques et magnétiques), permet d’accélérer la recherche des constantes de propagation complexes d’antennes à ondes de fuite. L’influence des paramètres géométriques sur les caractéristiques de rayonnement dans le cas d’antenne unidimensionnelle (1D) uniforme est présentée. Une étude de convergence portant sur le nombre de modes TE et TM est requise. Plusieurs résultats sont proposés et discutés avec la littérature. Ainsi, la souplesse et l’efficacité de cette formulation sont illustrées. Pour le cas non uniforme, une méthode d’approximation est développée. Elle consiste à approcher le profil non uniforme par un autre constant par section délimitée dans une période, où la constante de phase et d’atténuation de la constante de propagation complexe est assumée constante. La procédure de calcul de cette dernière reste identique à celle du cas uniforme. Pour le calcul du diagramme de rayonnement, la méthode d’approximation BKW est appliquée en assumant la transformation de la structure rayonnante continue de l’antenne à ondes de fuite par un réseau linéaire à éléments discrets localisés au centre de chaque période et ayant un gradient de phase dépendant de la position de la source rayonnante. Plusieurs résultats sont obtenus et comparés.