SAE : adaptation d'impédance HB9CV

Introduction :

Durant le dernier projet de SAE, nous avons eu pour mission de concefoir et fabriquer une antenne très dirrective afin d'être utilisée dans le cadre d'une recherche de balise par radiogoniométrie, la radiogoniométrie est la technique de mesure de la direction d'arrivée d'une onde électromagnétique. 

Une partie importante de ce projet était consacré à l'adaptation de l'impédance de l'antenne, l'adaptation en impédance est une étape essentielle car elle permet de transférer le plus efficacement possible l'énergie d'un signal d'un composant à l'autre en minimisant les pertes de signal et les réflexions indésirables. L'adaptation d'impédance est particulièrement importante car elle garantit que le signal transmis est aussi fort et clair que possible pour le récepteur, ce qui améliore la qualité et la fiabilité de la communication.

Calcul de l'impédance de l'antenne :

Nous déterminons l’impédance de notre antenne par la simulation sous le logiciel “MMANA-GAL”. Afin de modéliser notre antenne, nous devons créer une matrice de coordonnées afin de rentrer ses valeurs dans MMANA et obtenir un model de notre antenne.

Une fois que nous avons entré la matrice que nous avons deternimée à l'aide des mesures de notre antenne, nous obtenons donc la simulation ci-dessous : 

Après avoir modélisé l'antenne et renseigné sa fréquance de résonance (144.0 MHz), nous pouvons ensuite relever les différentes caractéristiques théorique de l'antenne calculé par MMANA, ses données sont repertionées dans le tableau ci-dessous.

On obtient donc une impédance de 29.89 + j23.05 Ohms.

Grace à MMANA, nous pouvons également tracer le gain en dBi en fonction de l'angle comme le montre la figure ci-dessous.

Toujours avec MMANA, nous pouvons vérifier que notre antenne est bine dirrective et dans quelles mesures comme le montre la figure suivante :

Le lobe inférieur du schéma étant inférieur à -3dB on peut donc confirmer que notre antenne est bien directive.

On peut donc remarquer que l’impédance obtenue ne permet pas d’avoir une réception optimale du signal. Ce qui également notable car notre ROS = 2.16 et l’on souhaite un ROS < 1,2 (EXIG_Frequence). Pour cela il est donc indispensable de réaliser une adaptation d’impédance.

Modélisation de l'impédance de l'antenne :

On modélise notre antenne comme le montre la figure ci-dessous

On sait que => Zl = 33.76 + j23.05 Ohms

On peut donc en déduire que : 

R = 33.76 Ohms

L = 23.05/w = 23.05/(2*pi*144.10^9) = 25.47 nH

Adaptation d'impédance :

Nous dimensionnons par la simulation l'adaptation d’impédance de notre antenne pour atteindre un ROS < 1,2 (EXIG_Frequence).

Pour cela nous avons dans un premier temps représenter l’impédance de notre antenne sur l’abaque de smith comme le montre la figure ci-dessous :

Nous avons ensuite rajouté une bobine en série pour se rapprocher du cercle d'admittance qui nous permettra d’atteindre le centre de l’abaque (qui correspond à l’adaptation d’impédance).

Pour cela nous avons utilisé l’outil “Tune” qui permet de faire varier précisément les valeurs des éléments ce qui nous permet d'obtenir un nouveau point sur l'abaque comme le montre la figure ci-dessous : 

On ajoute maintenant un condensateur en parallèle pour se déplacer sur le cercle des admittances

Ce qui nous donne adaptation d’impédance suivante : 

Fréquence de résonance :

Nous vérifions par simulation que l’antenne résonne bien à 144MHz (EXIG_Frequence). On peut donc voir ci-dessous que la fréquence de résonance respecte bien cette exigence.

Afin d'obtenir une adaptation d’impédance, nous devons donc choisir un condensateur de 18,1078 pF idéalement, mais, étant donné que cette valeur n'existe pas, nous choisissons une valeur normalisée qui est de 18 pF et ayant une fréquence de résonance aux alentours de 144 MHz. C’est pour toutes ses raisons que nous avons choisi le condensateur de référence GRM0335C1E180FA01D, vendu chez Octopart, nous l’avons sélectionné car il possède la plus grande précision (1%).

Nous devons également choisir une inductance de 1,62 nH idéalement, mais, étant donné que cette valeur n'existe pas, nous choisissons une valeur normalisée qui est de 1,6 nH et ayant une fréquence de résonance aux alentours de 144 MHz. C’est pour toutes ses raisons que nous avons choisi l’inductance de référence MHQ1005P1N6ST000 de la marque TDK, vendu chez Octopart, nous l’avons sélectionné car il s'agit d’une des seuls référencés possédant une valeur correcte et ayant la fréquence de résonance de 144 MHz.