Contribution à la conception et à la réalisation d’antennes reconfigurables large bande à diversité pour les systèmes de communication radio cognitive de la quatrième génération

Résumé

Les travaux de cette thèse reposent sur l’étude, la conception, l’optimisation, et la réalisation des structures RF large-bandes et reconfigurables pour les applications de la Radio Cognitive (RC). La RC est un système intelligent ayant la capacité de détecter et reconnaitre son environnement de fonctionnement, ce qui lui permet d’ajuster ses paramètres de fonctionnement d’une façon dynamique et autonome. C’est une véritable solution au problème de l’encombrement et de la rareté du spectre RF et la demande croissante de bande passante. Les principales caractéristiques da la RC sont la détection des trous inutilisables (white spaces) du spectre et l’utilisation de ces trous pour mettre en œuvre le partage opportuniste du spectre. La fonction de détection a pour but de balayer (sonder) périodiquement le spectre de fréquences ciblé pour vérifier sa disponibilité et détecter les fréquences libres, ceci afin de les attribuer une liaison radio par la suite. Pour effectuer ces tâches, nous avons investigué trois configurations antennaires possibles. D’autre part, l’utilisation des techniques de diversité permet d’améliorer considérablement la capacité du canal et de réduire les phénomènes d’interférences et d’évanouissement de signaux dans les environnements urbains denses et intrabâtiments. Pour cela, dans chaque configuration étudiée, nous avons introduit une ou plusieurs techniques de diversité. En effet, afin de valider les concepts développés, toutes les configurations présentées ont été simulées, réalisées et expérimentalement caractérisées : -Un système d’antennes MIMO ULB fonctionnant de 2 à 3.3 GHz, et capable de commuter entre quatre faisceaux dans des directions différentes et entre deux sens de polarisation circulaire (RHCP et LHCP). -Un système antennaire comprenant deux antennes, dont l’une est ULB pour la détection spectrale fonctionnant de 2 à 5.5 GHz, et l’autre à bande étroite opérant à 2.8 GHz pour la communication. -Un autre système constitué de deux antennes. La première est une antenne ULB opérant de 1.2 à 6 GHz dédiée à la détection spectrale, tandis que l’autre est une antenne multibande pour effectuer la tâche de communication aux fréquences : 1.7, 1.9, 3.7 et 4.3 GHz. -Un filtre reconfigurable en bande et agile en fréquence centrale, capable de se reconfigurer de filtre passe bande à filtre coupe bande et de commuter sa fréquence centrale entre 2.4 et 5 GHz. -Une antenne filtrante électroniquement reconfigurable et agile, capable de fonctionner à la fois sur une large bande de 1.255 à 6.2 GHz et sur une bande étroite de 850 MHz, et de régler la fréquence centrale de sa bande étroite de 2.55 à 3.2 GHz de façon continue. L’originalité de cette thèse réside dans le fait que plusieurs paramètres sont exploités pour aboutir à un système plus mature et intelligent : Ultra Large bande ; MIMO ; Diversité de polarisation ; Diversité angulaire ; Diversité de rayonnement ; Reconfigurabilité fréquentielle ; Reconfigurabilité en bande passante ; Formation de faisceaux. Lors de la conclusion de ce manuscrit, nous évoquons les suites à donner à ce travail et les perspectives. Mots clés : Hyperfréquences, micro-ondes, systèmes de télécommunications, radio cognitive, antennes reconfigurables, filtres à accord continu ou discret en fréquence centrale et en bande passante, diodes PIN et varactors, réseau de polarisation, matrice de Butler, diversité de polarisation, diversité angulaire, diversité de rayonnement.

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