Réseau d'antennes à six capteurs en diversité de polarisation

11/10/2017
Publication REE REE 2005-6-7
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-6:20240
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Réseau d'antennes à six capteurs en diversité de polarisation

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            <title>Réseau d'antennes à six capteurs en diversité de polarisation</title></titles>
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LES ANTENNES Réseau d'antennes m à six capteurs en diversité de polarisation Par Patrice BRACHAT, Christian SABATIER FRANCE TELECOM, DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT R&D IDMHIANT Mots clés Réseau, Multicapteurs, Diversité, Dipole, Polarisation, MIMO 1. Introduction Dans les télécommunications avec les mobiles, l'intérêt de capteurs Electro-Magnétiques multiples à la fois à l'émission et à la réception (techniques popularisées sous l'appellation " MIMO " : multiple-input multiple-output) pour lutter contre le fading est sans cesse démontré [1]. L'utilisation des techniques de diversité d'espace, de pola- risation ou de diagrammes permet d'accroître dans de larges proportions la capacité des liaisons en terme de bits par seconde et par hertz. Dans cet article, nous nous inté- resserons particulièrement aux possibilités qui sont offertes au niveau antenne pour accroître la diversité de polarisation. Du point de vue du rayonnement, la performance apportée en diversité par des capteurs multiples peut être évaluée par le coefficient de corrélation qui mesure l'orthogonalité entre les diagrammes associés à ces diffé- rents capteurs. En théorie, 3 polarisations élémentaires (E ou H) suffisent à une sonde EM pour analyser le champ EM rayonné par une antenne. Une association de 3 dipôles électriques et de 3 dipôles magnétiques ortho- gonaux 3 à 3 peut donc paraître redondante. En pratique les différents capteurs ne peuvent pas être ponctuels et les diagrammes associés ne peuvent pas être isotropes. Ceci permet de concevoir des structures à 6 capteurs co-localisés et à diagrammes orthogonaux. Ce sujet a fait l'objet de nombreuses discussions [2], [3]. Dans ce papier, nous appliquons cette technique à une sonde à plusieurs pola- risations fonctionnant dans la bande 1,75-2,0 GHz [4] et les résultats de mesure associés démontrent clairement que cette structure présente 6 diagrammes indépendants. 2. Coefficient de corrélation La corrélation entre les diagrammes en champ lointain E i (6, q » et Ej (A, 11 F-, ' t :, ;'7>1 le i ; L le ; i, 1 1 1 j, 1 1 - 1. 1 A Fignre 3ci. I) ilC) le électi-i (liie i,s les aiiti-es. Figure 3b.- Dipôle iiagiiétitlite ,s les aitt-e.. Cette approche facilite évidemment énormément les manipulations en évitant la mesure des diagrammes de rayonnement et permet, avec un analyseur vectoriel multiport, de pouvoir mesurer en temps réel et dans un environnement variable les performances RF en impé- dance, isolation et corrélation simultanément. qui sera utilisé, les équipes systèmes pourront évaluer avec précision l'impact des 6 capteurs sur la capacité de la liaison. 8. Corrélation pour la structure à 6 capteurs orthogonaux Après mise en oeuvre des relations (10) et (11) sur les résultats de mesures de notre sonde, on constate sur la fig.3a que chaque dipôle électrique est bien parfaitement décorrélé de tous les dipôles électriques ou magnétiques. Il en est évidemment de même pour tous les dipôles -naune i magnétiques (cf fig.3b). On notera que dans la bande utile (1,75 - 2,0 GHz) la corrélation entre tous les dipôles reste inférieure à 0,02 et que la concordance à 1,9 GHz entre l'évaluation à partir de la matrice S et l'évaluation à partir des diagrammes reste excellente à des niveaux aussi bas que 0,01. 9. Conclusion Nous avons présenté une structure à 6 capteurs E et H orthogonaux. Les différentes méthodes que nous avons proposées pour évaluer le coefficient de corrélation avec précision confirment une corrélation très faible. Ces résultats qui démontrent F indépendance des capteurs ne s'expliquent pas uniquement par la diversité de polarisation mais par une combinaison entre diversité de diagrammes Zn et diversité de polarisation. A partir des résultats E.M que nous avons apportés et compte tenu des caractéristiques du canal de propagation c Références il] AROGYASWAMI J. PAULRAJ et al, "An overview of MIMO COMMLInications- A key te Gigabit wire-/ess ",Proceedings of the IEEE, vo92,no2, feb2004, ppl98-217. [2] M.R. ANDREWS, PP MITRA, R. de CARVALHO, " Tripling the capacity of wireless communications using electroma- gnetic polarisation ", Nature, vo 409, pp3l6-318, 2001. [31 T.L. MARZETTA, " Fondamental limitations on the capacity of wireless links that use polarimetric antenna arrays ", ISIT2002, Lausanne, June 2002 pp5l-52. [4] Brevet français numéro 03-05490, " Sonde Multi-capteurs Multi-polarisations ", P BRACHAT, C. SABATIER. [5] R. BILLS, A, BERTHON, " Intégral equation analysis of r-adiating structures of revolution ", IEEE Trans. Ant. Propag., vol.37, no2, ppl59-170, Feb. 1989. [6] Brevet français numéro 93-14276, " Élément rayonnant du type dipôle réalisé en technologie imprimée, procédé d'ajustement de l'adaptation et réseau correspondant ", R. BEHE and P. BRACHAT. [7] P RATAJCZAK, P BRACHAT and C. DEDEBAN, " Modeling of a,-bitrarily radiating elenents using the CAD tool SR3D ", EEE/AP-S International Symposium and USNC/URS Rad o Science Meeting, Montréal, 1997. [8] P. BRACHAT, C. SABATIER, " Vllideband ornnidirectional microstrrp array " Elect. Lett., 2001, 37, 1), pp. 2-3 [91 S. STEIN, " On cross coupling in multiple beam antennas ", IRE trans. on antennas and propagation, sept 1962, pp 548- 567. [10] l, SALONEN, P. VAINIKAINEN, " Estimation of signal corre- lation ir antenna ai-ray ",J NA2002 international conference, nov 2002. 111 J.E. HANSEN, " Sphencal near field antenna measurements ", IEE Electromagnetlc waves series, Peter pere-grinus Ltd, 1988. REE ? 6/7 Jiiin/jtiillet 2005 Réseau d'antennes à six capteurs en diversité de polarisation mm Ed e u r 5 Patrice Brachat est né à Gourdon (Lot) en 1955. Il a reçu le diplôme d'ingénieur de 'Ecole Nationale Supérieure des Télécommun,catlons IENST) à Paris, en 1978, puis le diplôme de docteur ingénieur de l'Université Paul Sabatier à Toulouse en 1980 ains que l'Habi italien à diriger les Recherches (HdR) de l'Université de Nice Sophia-Antipolis en 1998 En 1981 il a intégré le département Antennes de France Telecom Division Recherche et Développement et depuis 1991 Unité de Recherche Travaux Exploratoires antennes. Depuis 1992 Il a une activité il est responsable de l'Unité de Recherche Travaux Exploratoires ITEX) pour l'activité antennes. Depuis 1992 Il a une activlté scientifique à l'université de Nice Sophia-Antipolis où il est chargé d'enseignement sur les antennes imprimées. Depuis 2003 il est «expert senior » à France Telecom Ses principaux travaux concernent la conception d'antennes de télécommunications, les antennes miniatures, la théorie de l'électromagnétisme appliquée aux antennes et les techniques de modélisation numérique associées, Il a publié plus de 80 papiers dans des journaux ou congrès scientifiques et 11 brevets dans le domaine des antennes Il a présenté plusieurs papiers invités dans des conférences natio- nales ou internationales. Récemment Il a participé au projet européen SATURN, aux projets français RNRT ERMITAGES, RESAIMS et A3LB, Il a contribué à l'intégration de l'activité antennes de FTR&D au réseau d'excel- lence européen ACE (Antenna Center of Excellence) En 1982 Il a participé à la création de la conférence internationale JINA (Journées internationales de Nice sur les Antennes). Depuis 1982 ci est membre du comité d'organisation de JINA, enl998 il était en charge du secrétariat scientifique et depuis 1998 il est membre du comité scientifique JINA. En 2004 il a été vice président de cette conférence Christian Sabatier est né à Saint Yrieix La Perche le 04 Septembre 1959. Il est titulaire d'une thèse de 3ème cycle en Communications Optiques et Micro-ondes obtenue à l'Université de Limoges en 1986, Il a rejoint France Telecom Recherche et Déveioppement. site de La Turbie, où il a travaillé sur de nombreux domaines d'activités : discontinuités dans les guides d'ondes métalliques, développement d'antennes com- pactes pour des terminaux portables, développement antennnes pour station de base dans le cadre de projets RNRT (PAESTUM) ou Eurpoéens (SATU RN) Il a sUivi les développe' ments des antennes des satellites STENTOR and STELLAT. REE W 6/7 Juiii/juillet 2005