Thèse : Etude de nouvelles fonctions radiofréquences à base d'antenne à onde de fuite composite ...

188 Pages·2010·6.32 MB·French

by  Romain Siragusa

Grenoble INP
No.attribuéparlabibliothèque
THESE
pourobtenirlegradede
DOCTEURdeGrenobleINP
Spécialité:OptiqueetRadiofréquence
préparéeauLCIS(LaboratoiredeConceptionetd’IntégrationdesSystèmes)
danslecadredel’EcoleDoctorale:
Electronique,Electrotechnique,Automatique,TraitementduSignal
présentéeetsoutenuepubliquement
par
Romain SIRAGUSA
le04/12/2009
Titre :
Étude de nouvelles fonctions radiofréquences à base
d’antennes à onde de fuite composite main droite/gauche
Directeur et Co-Directeur de thèse :
Smail Tedjini Professeur, Grenoble INP
Pierre Lemaître-Auger Maître de conférence, Grenoble INP
Jury :
M.ChristopheCALOZ Professeuràl’ÉcolePolytechniquedeMontréal Président
M.FransciscoMARCOSDEASSIS Professeuràl’universitédeCampinaGrande Examinateur
M.RobertSTARAJ Professeuràl’UniversitédeNice-SophiaAntipolis Rapporteur
M.SaïdZOUHDI Professeuràl’UniversitéParisSudXI Rapporteur

"Viscommesitudevaismourirdemain.Apprendscommesitudevaisvivretoujours."
Gandhi
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ii
Remerciements
J’aimeraisremercierl’ensembledespersonnesquiontcontribuéàcetravailetquej’aicôtoyé
durantcestroisannées.
J’adresse toute ma reconnaissance à Monsieur Robert Staraj, Professeur à l’Université de
Nice-SophiaAntipolisetàMonsieurSaïdZouhdi,Professeuràl’UniversitéParisSudXI,quiont
cordialement accepté d’être rapporteurs de ce travail. Je les remercie pour leur lecture attentive
demonmanuscritetleursremarquesconstructives.
Un très grand merci à Monsieur Francisco Marcos De Assis, Professeur à l’Université de
CampinaGrande,pouravoir acceptéd’êtremembredujurylorsdemathèse.
JetiensàremercierchaleureusementMonsieurChristopheCaloz,Professeuràl’ÉcolePoly-
technique de Montréal, pour avoir présidé mon jury de thèse mais aussi pour m’avoir accueilli
dans son équipe et soutenu tout au long de mon travail. Grâce à ses précieux conseils et à son
encadrement, j’ai énormément appris sur le plan scientifique et organisationnel. Je pense sincè-
rementquecemémoireneseraitpaslàsanssonaide.
Jevoudraisremerciermondirecteurdethèse,MonsieurSmaïlTedjini,Professeuràl’Institut
Polytechnique de Grenoble, pour m’avoir proposé ce sujet et pour avoir accepté de diriger ma
thèse. Je te remercie aussi de m’avoir fait confiance dans les choix que j’ai pris durant ces trois
années.
Je tiens aussi à remercier mon co-directeur, Monsieur Pierre Lemaître-Auger, maître de
conférence à l’Institut Polytechnique de Grenoble, pour son soutien et son suivi. Je te remer-
cie d’avoir trouvé le temps, malgré ta charge de directeur des études, pour me conseiller et me
guiderdansmontravail.
Je remercie tout particulièrement Monsieur Etienne Perret, maître de conférence à l’Institut
Polytechnique de Grenoble, avec qui j’ai eu le plaisir de travailler tout au long de cette thèse.
Mêmesisonnomn’estpasprésentsurlapremièrepagedecemémoire,sonaideetsonimplica-
tionontétéaumoinsaussiimportantes quecellesdemesencadrants.
JetiensàexprimermachaleureuseamitiéàMonsieurTân-PhuVuong,Professeuràl’Institut
National Polytechnique de Grenoble, pour son soutien mais aussi pour ses nombreux conseils.
Sanslui,jenepensepasquej’auraiseul’idéeetlecouraged’entreprendre unethèse.
iii
iv
Merci aux membres du LCIS que je ne peux pas tous citer. A votre manière, vous avez
contribué àlaréussitedecetravail.
Je remercie également toute l’équipe enseignante et administrative de l’Esisar pour son aide
etsagentillesse.
Jevoudraisaussiremercierlesmembresetancienmembresdel’équipedessportifsduLCIS
pour les entrainements hebdomadaires. Merci donc à Khalil, notre caliméro, Arnaud, "je peux
pas j’attends mes pneus neiges", Pierre, le québécois frileux, Etienne, "promis je viens la se-
maine prochaine", Aurélie, maman de l’extrême, Marie-Anne, imbattable à la chaise, Ghislain,
l’homme en carton, David, journaliste chez Voici, Max, notre chanteur et bien sur Yvan, notre
coachsportifpouvantfaireletourdumondeavecunebarredecéréale.
Jetiensàremerciermescollocsetex-collocspourm’avoirsupportédurantcertainespériodes
et avoir pris ma part de ménage, cuisine et course pendant la rédaction de ce manuscrit. Merci
doncàGish,TheBatman,Romain,"plaisirdesyeux",Audrey,tompouce,Gaspard,misterBump
etmaintenantAmandine,swifter.
Je remercie aussi mes amis : Lilie, Danseuse de salsa et bien plus, Ben, l’allumette, Olivier,
"Boulangerie!!", David, la frite, Simon, chercheur carreleur, Paco, "j’ai rapporté un marteau
piqueur pour planter un clou", Choco, dessinateur hors pair, Caro, Super Maman, Nathalie, sur-
feuse de l’extrême, Audrey, le petit dragon, Bruno, golfeur nocturne, Remy, homobourrinus,
Céline, notre masseuse, Marie-Laure, experte en caca de poisson, Darine, toujours à la pointe
de la mode, Boussad, le roi de la guitare, Hub, l’accent de la Lozère, Anne-Laure, dresseuse de
scorpion, Philippe, le collectionneur compulsif, Bao, le beau gosse, Antoine, "gros ski ou rien"
mais aussi Pauline, Emilie, Marc, Lolo2, Davide, Nico et évidemment, tous ceux que je n’ai pas
puciter.
J’aiuneénormepenséepourtoutemafamille,mesparentsetmessœurs,ArielleetSéverine,
sansquijen’enseraispaslàaujourd’hui.
Liste des publications
RevuesinternationalesavecComitédelecture
[1] "Modeling and synthesis of the interdigital/stub composite right/left-handed artificial
transmissionline",R.Siragusa,H.V.Nguyen,P.Lemaître-Auger,S.TedjiniandC.Caloz,Int.J.
RF.MicowaveComputer-AidedEng.,tobepublished,2009.
Conférencesinternationalesaveccomitédesélectionetpublicationdesactes
[2] "Automated design of CRLH structures using co-design synthesis computational ap-
proach", R. Siragusa, H.V. Nguyen, E. Perret, P. Lemaître-Auger, S. Tedjini and C. Caloz, IEEE
AsiaPacificMicrowaveConference,Accepted,Singapore,2009.
[3] "Near field focusing circular microstrip antenna array for RFID applications", R. Sira-
gusa, P. Lemaître-Auger and S. Tedjini, in Proc. IEEE International Antenna and Propagation
Symp.,Charleston,USA,2009.
[4]"Focusingprincipleofantennaarrayforlocalizationapplications",R.Siragusa,P.Lemaître-
Auger and S. Tedjini, in Proc. VIII Semetro, 8th International Seminar on Electrical Metrology,
Brasil,2009.
[5] "Efficient electronically scanned CRLH leaky-wave antenna using independent double
tuning for impedance equalization", R. Siragusa, H.V. Nguyen, C. Caloz et S. Tedjini, in Proc.
CNC/USNCURSINationalRadioScienceMeeting,SanDiego,USA,2008.
[6] "Applications of the Acousto-optic Effect on Glass Integrated Optic Devices", L. Poffo,
P. Lemaître-Auger, P. Benech, K. Djerroud, R. Siragusa, in Proc. IEEE Industrial Electronics,
IECON2006,vol.6n°10, pp.2963-2968, Paris,France,2006.
v
vi
Conférencesnationalesaveccomitédeselectionetpublicationdesactes
[7]"Méthodedeconceptionautomatiséeappliquéeauxlignescompositesmaingauche/droite",
R.Siragusa,H.V.Nguyen,E.Perret,P.Lemaître-Auger,S.TedjiniandC.Caloz,inProc.16èmes
JournéeNationale Microondes,pp.114-118, Grenoble,France,2009.
[8]"Antennesméta-matériauxpourlatraçabilitéparRFID",R.Siragusa,P.Lemaître-Auger,
L. Guilloton, T.P. Vuong, S. Tedjini, Journée Scientifique du Comité National Français de Ra-
dioélectricitéScientifique,Paris,France,2007.
Table des matières
Remerciements iii
Listedepublication v
Tabledesmatières x
Tabledesfigures xiv
Listedestableaux xv
Introduction 1
1 Etatdel’Art 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Lesantennesàondedefuite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Principegénéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.3 Lesantennes1-D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.3.1 Lesantennesuniformes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.3.2 Lesantennespériodiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.3.3 Lesantennesquasi-uniformes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.3.4 DiagrammededispersiondesAOF . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.4 Lesantennes2-D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3 Théoriedesmétamatériaux:étudedesstructuresCRLH . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.1 Définitiondesmétamatériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.2 Propriétésdebasedesmétamatériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.3 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.4 Lastructurecompositemaindroite/gauche . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.4.1 Casidéal:structurehomogène . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
vii
viii TABLEDESMATIÈRES
1.3.4.2 Casréel:structurepseudo-homogène . . . . . . . . . . . . . . 40
1.3.4.3 Implémentation entechnologiemicro-ruban . . . . . . . . . . 42
1.3.4.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2 ModélisationetconceptionoptimaledestructuresCRLH 45
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2 Modèlecircuitamélioréd’unecelluleCRLH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Modèlecircuitd’unecapacitéinterdigitée . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.1.1 Modèleamélioré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.1.2 Validationexpérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.2 Modèlecircuitd’unstubmicro-ruban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.3 ModèlecircuitcompletdelacelluleCRLH . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2.4 Validationexpérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.5 Outil d’aideàl’analyseetàlasynthèsedecelluleCRLH . . . . . . . . . 54
2.2.5.1 Descriptiondel’outil semi-automatique . . . . . . . . . . . . 56
2.2.5.2 Validationexpérimentaled’unexempledeconception . . . . . 60
2.2.6 LeslimitesdumodèlecircuitpouruneconceptiondeligneCRLH . . . . 60
2.3 MéthodemanuelledeconceptiondelignesCRLH . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4 MéthodeautomatiquedeconceptiondelignesCRLH . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.4.1 Description généraledel’approchedeconceptionautomatisée . . . . . . 66
2.4.1.1 Etape1:initialisation desparamètresgéométriquesdelacellule 66
2.4.1.2 Etape2:Optimisation delaligneparalgorithme génétique . . 68
2.4.2 ExempledeconceptiondeligneCRLHéquilibrées . . . . . . . . . . . . 74
2.5 Sensibilitédelastructurecapacitéinterdigitée -stub . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.6 ConceptiondelignesCRLHnonuniformes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3 AntenneàondedefuiteCRLHefficaceàbalayageélectronique 87
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2 AntenneàondedefuiteCRLHpassive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2.1 Principethéorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2.2 Application desAOFdetypeCRLH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3 Antenneàondedefuiteélectronique àsimplesyntonisation . . . . . . . . . . . . 91
3.3.1 Principedefonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.3.2 Inconvénientsdelastructuresimplesyntonisation . . . . . . . . . . . . . 93