Performance enhancement of integrated antennas using metamaterials and characteristic mode theory

Amélioration des performances des antennes intégrées à l'aide de métamatériaux et de la théorie des modes caractéristiques La demande de systèmes sans fil mobiles miniaturisés a accru le besoin d'intégrer des antennes électriquement petites qui se caractérisent généralement par de mauvaises performances et un faible rendement. Des approches telles que l'utilisation de diélectriques, de fentes, de composants parasites,… ont été appliquées au fil des années pour améliorer les performances de telles antennes. La plupart des méthodes existantes sont empiriques et basées sur des optimisations chronophages. D'autres approches comme l'optimisation du courant d'antenne basée sur l'analyse modale sont des approches systématiques qui ont été proposées. Il a également été montré que l'utilisation de matériaux artificiels appelés inclusions de métamatériaux comme élément parasite permet d'améliorer les performances de l'antenne à moindre coût. Cependant, le choix de la bonne inclusion pour une conception d'antenne est compliqué, en particulier lorsque l'antenne est non canonique et arbitraire.Dans cette thèse, nous proposons une méthode systématique pour améliorer les performances de l'antenne en utilisant l'inclusion de métamatériaux. La méthode est utilisée pour concevoir une antenne inspirée des métamatériaux avec le potentiel d'analyser à la fois les propriétés de rayonnement et de diffusion de la conception inspirée des métamatériaux. Il utilise l'approche modale caractéristique pour évaluer l'énergie quantitative stockée des inclusions de métamatériaux qui fournissent des informations quantitatives sur le comportement en champ proche de l'inclusion. L'approche modale de l'énergie stockée est comparée à l'approche des paramètres efficaces pour décrire les inclusions et elles montrent toutes deux une bonne concordance qualitative. Dans le processus de conception inspiré des métamatériaux, un mode caractéristique est appliqué pour obtenir un aperçu des propriétés de rayonnement de la structure et l'inclusion est choisie pour compenser l'énergie stockée de l'élément d'antenne en fonction de sa quantité d'énergie stockée modale. Le couplage entre l'antenne et l'inclusion est analysé en utilisant le coefficient de couplage intermodal. Il représente la diffusion entre l'antenne et l'inclusion et définit comment la distance de positionnement et de séparation entre les deux éléments affecte les performances globales du système inspiré des métamatériaux. La méthodologie proposée est validée avec un prototype qui montre une bonne concordance entre le résultat simulé et mesuré. La méthode proposée est en outre appliquée dans l'analyse de l'amélioration de l'antenne intégrée en utilisant le camouflage électromagnétique. Le manteau se couple à l'élément dans son voisinage et permet à l'élément d'antenne actif de fonctionner avec un meilleur rendement de rayonnement. La méthode proposée est donc diverse et utile pour la conception future de systèmes inspirés des métamatériaux avec des performances améliorées.