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Caract é risation inverse de sources pour l'interaction du champ é lectromagn é tique avec l'environnement

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Caract é risation inverse de sources pour l'interaction du champ é lectromagn é tique avec l'environnement. Azeddine GATI Y. ADANE, M.F. Wong, J. Wiart, V. Fouad Hanna. Contexte (1/2). Augmentation du trafic des réseaux de téléphonie mobile.

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Presentation Transcript
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Caractérisation inverse de sources pour l'interaction du champ électromagnétique avec l'environnement

Azeddine GATI

Y. ADANE, M.F. Wong, J. Wiart, V. Fouad Hanna

contexte 1 2
Contexte (1/2)

Augmentation du trafic des réseaux de téléphonie mobile

De plus en plus d'antennes de station de base en milieu urbain

?

?

?

Interrogations des riverains sur l'effet des ondes émises par les antennes

de station de base

Recommandations pour limiter l'intensité du champ émis [ICNIRP, IEEE]

Déterminer le champ près et loin des antennes

contexte 2 2
Contexte (2/2)
  • Prendre en compte les objets environnants
    • Près des sources
      • Méthodes rigoureuses : FDTD, MoM, FEM, …
      • Très précises si l’antenne est parfaitement connue
      • Conviennent pour le champ proche
      • Gourmandes en ressources informatiques
    • Loin des sources
      • Techniques de tracé de rayon, UTD …
      • Rapides %
  • Nécessité d'avoir un modèle valable près des sources pour modéliser les interactions avec l'environnement
interaction des champ avec l environnement
Interaction des champ avec l'environnement
  • Principe
    • Utilisation des méthodes asymptotiques
    • Couplage avec des méthodes champ proche pour la prise en compte des objets environnants

Modèle champ proche des antennes

mod le d antennes
Modèle d'antennes
  • Modèle de l'antennes globale
    • Pb de la zone champ lointain
  • Une antenne de station de base est un réseau linéaire
    • Décomposition de l'antenne en sous antennes
    • La zone champ lointain est réduite par rapport aux dimensions de la sous antennes : Longueur d'onde
  • Construire un modèle des sous antennes Problème inverse
mod le de l antennes globale harmoniques sph riques
Modèle de l'antennes globale : Harmoniques sphériques
  • Le champ peut être décomposée en une série d'harmoniques

sphériques pondérés par des coefficients:

Sphère minimale

Champ d’une antenne de station de base

Spectre modal d’une antenne de station de base

probl me inverse

z

y

O

A

z'

y'

O'

x

x'

Problème inverse
  • Décomposition en fonction des modes sphériques :
    • Champ électrique de l'antenne globale
    • Champ électrique de la cellule élémentaire
  • Relation linéaire entre les modes des cellules et ceux de l'antenne globale
  • Position du problème : Déterminer le spectre de coefficients des modes des cellules élémentaires connaissant leur position, leur nombre et le spectre de coefficients de l’antenne globale
matrice de passage 1 2
Matrice de passage (1/2)
  • Translation et rotation des modes
    • Polarisation
    • Position

Un mode translaté d'une cellule génère une série de modes dans le repère global Oxyz (translation des modes)

Mode sphérique TE-11translaté de 3λ/2

matrice de passage 2 2
Matrice de passage (2/2)
  • Concaténation des matrices des cellules

Spectre de coefficients des modes d’une cellule

Spectre de coefficients de modes de l’antenne globale

  • Conversion des modes locaux des cellules en modes de l’antenne

globale

probl me inverse1
Problème inverse
  • Résolution du système linéaire M.x=b :
  • Résolution du système
    • Cellules différentes : sans contraintes
    • Cellule unique avec un jeux d'excitation : inversion sous contrainte
  • Paramètres du problème
    • Nombre de sources : domaine de validité du modèle
    • Position des sources : taille de l'antenne , N sources
    • Nombre de modes par source : taille de source , fréquence
inversion sans contrainte
Inversion sans contrainte
  • Antenne à 8 éléments espacés d’une longueur d’onde
  • Modèle dépend
    • Couplage entre les éléments
    • Précision de mesure
test antenne k 739662 890 mhz 1 2
TestAntenne K 739662 à 890 Mhz (1/2)
  • Excellente correspondance entre mesures et simulation
  • Le modèle permet de rétropropager le champ à l'intérieur de la sphère minimale

Mesures

Modèle

test synth se d une antenne yagi 1 2
TestSynthèse d’une antenne Yagi (1/2)
  • AntenneYagi à 25 dipôles élémentaires simulée avec NEC
    • Antenne synthétisée en considérant 25 cellules élémentaires
    • Modèle réaliste mais très coûteux

Simulation avec NEC

Modèle à 25 cellules

synth se d une antenne yagi 2 2
Synthèse d’une antenne Yagi (2/2)
  • Modèle économique basé sur 5 cellules au lieu de 25
    • 5 cellules fictives sont suffisantes pour synthétiser l’antenne Yagi
  • Compromis : réduction du modèle / zone de validité

Modèle économique

inversion sous contrainte
Inversion sous contrainte

La solution du nouveau système (non-linéaire)

Cellule unique

Coefficients d'excitation

dapa 4810380 947 mhz
Dapa 4810380 à 947 Mhz
  • Le nouveau modèle est précis et plus efficace
  • Niveau très acceptable de l'erreur relative

Mesures

Nouveau modèle

r tropropagation
Rétropropagation
  • estimer le champ à l’intérieur de la sphère minimale
  • Quelle est la validité du champ rétropropagé?
  • Antenne de station de base simulée par NEC
    • 8 dipôles élémentaires espacés d’une longueur d’onde
  • Calcul des coefficients d’harmoniques sphériques de l’antenne simulée par NEC
    • Application de la méthode de synthèse
r tropropagation1
Rétropropagation
  • Champ rétropropagé jusqu'à une longueur d’onde de l'antenne
    • Sphère minimale des cellules élémentaires

Antenne NEC

Modèle

r tropropagation2
Rétropropagation
  • Calcul direct du champ magnétique grâce aux harmoniques sphériques:
  • Calcul de E/H : structure onde plane
conclusion 1 2
Conclusion (1/2)
  • Méthode inverse basée sur les harmoniques sphériques exploitant des données issues de la mesure
    • Nécessite peu d'informations sur l'antenne étudiée
    • rapide
    • Modèles valables pour différents types d'antennes
  • Problème inverse
    • Sources équivalentes
    • Modèle réduit
  • Rétropagation
    • Modèle de champ proche : valide en dehors des sphères des cellules élémentaires
    • Prise en compte de l'interaction des champs avec l'environnement
conclusion perspectives
Conclusion / perspectives
  • Un modèle par bande de fréquence
    • Lien entre les modèles (modes sphériques)
  • Étude de la variabilité suivant les conditions de mesure
    • tilt
    • Position des sources
    • Polarisation
  • Étude des limites de la rétropropagation
    • Nombre de sources / Nombre de modes
  • Extension à des antennes plus complexes
    • Paraboles