Méthodologie de conception d’antennes reconfigurables

Comme il a été montré dans le chapitre précédent, les antennes reconfigurables sont prometteuses sur bien des plans, en termes de fonctionnalités. Néanmoins, leur complexité, due principalement à la présence de composants actifs et de leurs éventuels circuits d’alimentation, entraîne certaines difficultés ou spécificités lors de leur conception. Préalablement à l’exposé des résultats obtenus durant la thèse, il est nécessaire de détailler la méthode qui a été suivie et dont le développement représente une partie importante des travaux présentés dans ce mémoire. Il n’existe pas de méthode exacte partant d’une fonctionnalité donnée pour arriver à une géométrie donnée, associée aux composants adéquats. Cependant, un cheminement général est possible, qui donne les grandes étapes permettant de partir d’une antenne simple et de lui ajouter des composants et structures de reconfiguration pour arriver à une antenne reconfigurable présentant une fonctionnalité potentiellement intéressante. Rappelons que parmi les nombreux types de reconfigurabilité qui ont été introduits précédemment, les travaux de cette thèse ont presque totalement porté sur des antennes reconfigurables en fréquences, ne comportant qu’un élément rayonnant principal donc à accès unique et dont les composants sont dispersés sur la structure de l’antenne. La démarche suivie commence par l’utilisation de géométries d’antennes existantes, voire classiques, auxquelles sont ajoutées des structures résonnantes (fentes, courts-circuits, lignes de propagation…) , structures qui sont rendues reconfigurables, par l’ajout de composants actifs.

Avant de rentrer dans les détails techniques de la conception d’une antenne reconfigurable, il est important de noter qu’il n’y a pas une, mais plusieurs méthodes de conception d’une telle antenne, et que la suite de ce chapitre se contentera d’évoquer la méthode qui a été suivie au long de la thèse. Cependant, il peut être intéressant d’évoquer de manière plus abstraite les problématiques liées aux antennes reconfigurables avant de détailler plus avant les solutions choisies dans les travaux ici présentés. précise. Il faut associer dès le départ une géométrie et des composants pour essayer d’obtenir un comportement bien précis. On a donc une opposition entre deux démarches « bottom-up » qui consistent à choisir des composants (respectivement une antenne), puis une antenne (respectivement des composants) pour obtenir une fonctionIl faut également se poser la question de la nature des composants qui seront employés dans l’antenne, car ils influencent fortement la conception de l’antenne. Tout d’abord, quel est le type de reconfigurabilité du composant ? Il peut s’agir d’un changement d’état discret (comme un interrupteur) ou continu (comme une varicap) ; cela conditionne directement la fonctionnalité finale de l’antenne. Celle-ci est donc aussi soumise aux technologies de fabrication disponibles qui détermine les composants utilisés (gravure directe sur substrat ou composants soudés a posteriori). Par ailleurs, ces composants sont actifs, ce qui ajoute des problématiques spécifiques ; leur consommation peut être une contrainte a priori forte, de même que leur tenue en puissance. En outre, des problèmes de non linéarité (comme par exemple l’autocommutation d’interrupteurs MEMS à forte puissance [77]) peuvent apparaître. Enfin, il est nécessaire de les alimenter en courant continu ; ce peut être à la fois perçu comme problématique, lorsque les circuits de polarisation sont ajoutés en fin de conception, ou comme un degré de liberté supplémentaire, lorsqu’ils sont intégrés dès les premières phases du design : ils peuvent être utilisés pour faciliter l’adaptation de l’antenne à certaines fréquences, et permettent une marge de manœuvre supplémentaire lors de son optimisation. nalité et une démarche « top- down » où l’on s’impose une fonctionnalité précise que l’on essaie d’obtenir en choisissant à la fois une géométrie et des composants, opposition illustrée par le schéma Fig. 2.1.

Le problème du nombre de composants employés dans l’antenne est également complexe. Au delà du coût de l’antenne, qui peut parfois faire partie des contraintes et qui, de manière triviale, augmente avec le nombre des composants, l’ajout d’éléments actifs a un effet à la fois positif et négatif. Pour quelles raisons peut-il être nécessaire d’employer un nombre plus important de composants ? La première résulte du composant lui même, et plus exactement de ses performances intrinsèques : il est parfois nécessaire, pour obtenir la même fonctionnalité d’utiliser plusieurs composants de moindres performances (pour des questions de disponibilité, moyens techniques et technologiques, etc.) plutôt qu’un unique élément de meilleure qualité. La seconde raison qui peut amener à multiplier les composants sur une antenne est tout simplement la fonctionnalité que l’on cherche à obtenir, et à laquelle on ne parvient que grâce à l’augmentation de leur nombre. En revanche, un avantage de celle-ci est la flexibilité amenée à la fois dans la phase de conception (plus de degrés de liberté, notamment lors des phases d’optimisation), mais aussi, a posteriori, dans le cadre de l’évolutivité du système (mise à jour du comportement de l’antenne). Cependant, cela crée également des inconvénients ; la complexité accrue de l’antenne pose des problèmes de fiabilité : si un composant est défectueux, quelles en sont les conséquences sur le comportement de l’antenne, et comment détecter l’élément incriminé ? Par ailleurs, les contraintes géométriques sont également plus fortes, notamment sur le positionnement (les composants ne doivent pas se superposer) et sur le routage des circuits de polarisation. Enfin, cette augmentation a un impact négatif sur le temps de calcul des propriétés électromagnétiques de la structure ; de manière simpliste, si une antenne mono-accès est simulée en t secondes, sa modification en une antenne à N accès entraîne un temps de simulation de N x t secondes.