Conception d’un réseau MIMO pour de nouvelles applications 5G en IoT

Abstract

Le déploiement rapide des réseaux 5G et de l’Internet des Objets (IoT) exige des antennes MIMO compactes, tout en garantissant une isolation optimale entre les éléments rayonnants. Ce travail de thèse porte sur la conception et l’optimisation de réseaux d’antennes MIMO fonctionnant dans les bandes sub-6 GHz (3,5 GHz et 2,4 GHz), en exploitant l’ingénierie des substrats et les structures à plan de masse défectueux (DGS). La première contribution de cette thèse analyse des réseaux d’antennes imprimées rectangulaires (à 2, 4 et 8 éléments) fonctionnant à 3,5 GHz. Une étude compara tive montre que l’utilisation d’un substrat à haute permittivité comme le Silicium (Si), à la place du FR-4 standard, permet de réduire la taille de l’antenne. Associée à l’intégration d’un motif DGS spécifique, cette configuration permet d’obtenir un couplage mutuel inférieur à-40 dB, un gain de diversité de 10 dBi et un coefficient de corrélation (ECC) quasi nul. La seconde contribution présente le développement d’un système MIMO circulaire à 2,4 GHz sur un substrat Rogers RT5880, alimenté par sonde coaxiale. Pour la configuration à deux ports, une étude comparative approfondie a été menée entre deux techniques de découplage : l’utilisation de métamatériaux (cellules CSRR) et l’intégration d’une fente DGS en ”U inversé”. Les résultats démontrent la supériorité de la méthode DGS, qui permet d’atteindre une isolation exceptionnelle de-78,65 dB et un gain de 6,5 dBi. Fort de ce constat, cette technique d’isolation a été exploitée pour étendre le système à des réseaux plus denses à 4 et 8 éléments, tout en préservant d’excellentes métriques de diversité MIMO. L’ensemble de ces résultats valide l’efficacité des structures DGS pour concevoir des architectures MIMO performantes, compactes et hautement isolées, répondant ainsi aux exigences strictes des futurs systèmes de communication.