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LISIF
Caractérisation inverse de sources pour l'interaction du champ
électromagnétique avec l'environnement
Azeddine GATIY. ADANE, M.F. Wong, J. Wiart, V. Fouad Hanna
LISIF
Contexte (1/2)Contexte (1/2)
s Augmentation du trafic des réseaux de téléphonie mobile
De plus en plus d'antennes de station de base en milieu
urbain
s Interrogations des riverains sur l'effet des ondes émises par les antennes
de station de base
s Recommandations pour limiter l'intensité du champ émis [ICNIRP, IEEE]
s Déterminer le champ près et loin des antennes
?? ?
LISIF
Contexte (2/2)Contexte (2/2)
s Prendre en compte les objets environnants
QPrès des sources
–Méthodes rigoureuses : FDTD, MoM, FEM, …
–Très précises si l’antenne est parfaitement connue
–Conviennent pour le champ proche
–Gourmandes en ressources informatiques
QLoin des sources
–Techniques de tracé de rayon, UTD …
–Rapides %
s Nécessité d'avoir un modèle valable près des sources pour modéliser les interactions avec l'environnement
LISIF
Interaction des champ avec Interaction des champ avec l'environnementl'environnement
s PrincipeQUtilisation des méthodes asymptotiques
QCouplage avec des méthodes champ proche pour la prise en compte des objets environnants
m
Dr
20
/2 2
s Modèle champ proche des antennes
LISIF
Modèle d'antennesModèle d'antennes
s Modèle de l'antennes globaleQPb de la zone champ lointain
s Une antenne de station de base est un réseau linéaire
QDécomposition de l'antenne en sous antennes
QLa zone champ lointain est réduite par rapport aux
dimensions de la sous antennes : Longueur d'onde
s Construire un modèle des sous antennes Construire un modèle des sous antennes Problème inverseProblème inverse
m
Dr
20
/2 2
LISIF
Modèle de l'antennes globale : Modèle de l'antennes globale : Harmoniques sphériquesHarmoniques sphériquess Le champ peut être décomposée en une série d'harmoniques
sphériques pondérés par des coefficients:
Champ d’une antenne de station de base
Spectre modal d’une antenne de station de base
Sphère minimale
2
1s
N
1n
n
nmsmnsmn ),,r(FE
LISIF
Problème inverseProblème inverse
s Décomposition en fonction des modes sphériques :
QChamp électrique de l'antenne globale
QChamp électrique de la cellule élémentaire
s Relation linéaire entre les modes des cellules et ceux de l'antenne globale
s 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
ismn
2
1s
N
1n
n
nm
ismn
i )',','r(F E
y
x
O
O'
x'
y'
z'A
z
2
1s
N
1n
n
nmsmn ),,r(F E
smn
LISIF
Matrice de passage Matrice de passage (1/2)(1/2)
s Un mode translaté d'une cellule génère une série de modes dans le repère global Oxyz (translation des modes)
s Translation et rotation des modes QPolarisation QPosition
Mode sphérique TE-11 translaté de 3λ/2
LISIF
Matrice de passage (2/2)Matrice de passage (2/2)
s Concaténation des matrices des cellules
Spectre de coefficients des modes d’une cellule
……
Spectre de coefficients de modes de l’antenne globale
s Conversion des modes locaux des cellules en modes de l’antenne globale
LISIF
Problème inverseProblème inverse
s Résolution du système linéaire M.x=b :
s Résolution du système QCellules différentes : sans contraintes
QCellule unique avec un jeux d'excitation : inversion sous contrainte
s Paramètres du problèmeQNombre de sources : domaine de validité du modèle
QPosition des sources : taille de l'antenne , N sources
QNombre de modes par source : taille de source , fréquence
LISIF
Inversion sans contraintes Antenne à 8 éléments espacés d’une longueur d’onde
s Modèle dépend QCouplage entre les éléments
QPrécision de mesure
LISIF
TestTest Antenne K 739662 à 890 Mhz (1/2)
Mesures Modèle
s Excellente correspondance entre mesures et simulationExcellente correspondance entre mesures et simulation
s Le modèle permet de rétropropager le champ à l'intérieur de la sphère minimaleLe modèle permet de rétropropager le champ à l'intérieur de la sphère minimale
LISIF
TestTest Synthèse d’une antenne Yagi (1/2)
Simulation avec NEC Modèle à 25 cellules
LISIF
Synthèse d’une antenne Yagi (2/2)
Modèle économique
LISIF
Inversion sous contrainte
Cellule unique Coefficients d'excitation
NN2
101
111
QQ2
101
111
NcNc2211 MMM
s La solution du nouveau système (non-linéaire)
LISIF
Dapa 4810380 à 947 Mhz
Mesures Nouveau modèle
LISIF
Rétropropagation
s estimer le champ à l’intérieur de la sphère minimale
s Quelle est la validité du champ rétropropagé?
s Antenne de station de base simulée par NEC
Q 8 dipôles élémentaires espacés d’une longueur d’onde
s Calcul des coefficients d’harmoniques sphériques de l’antenne simulée par NEC
Q Application de la méthode de synthèse
LISIF
Rétropropagation
s Champ rétropropagé jusqu'à une longueur d’onde de l'antenne
QSphère minimale des cellules élémentaires
Antenne NEC Modèle
LISIF
Rétropropagation
s Calcul direct du champ magnétique grâce aux harmoniques sphériques:
s Calcul de E/H : structure onde plane
2
1s
N
1n
n
nm
)c(smn3
)c(smn ),,r(FH
LISIF
Conclusion (1/2)
s Méthode inverse basée sur les harmoniques sphériques
exploitant des données issues de la mesureQNécessite peu d'informations sur l'antenne étudiée
Qrapide
QModèles valables pour différents types d'antennes
s Problème inverseQSources équivalentes
QModèle réduit
s RétropagationQModèle de champ proche : valide en dehors des sphères des cellules
élémentaires
QPrise en compte de l'interaction des champs avec l'environnement
LISIF
Conclusion / perspectives
s Un modèle par bande de fréquence QLien entre les modèles (modes sphériques)
s Étude de la variabilité suivant les conditions de mesureQ tilt
QPosition des sources
QPolarisation
s Étude des limites de la rétropropagation QNombre de sources / Nombre de modes
s Extension à des antennes plus complexes QParaboles