Un perturbateur pour optimiser les champs électromagnétiques autour des antennes de téléphonie

Dans le cadre d'un projet d'antenne-relais de téléphonie intelligente, Sirris s'est chargé de la conception et du dimensionnement du support des radiateurs, du choix des matériaux, de l'étude de la problématique de la connectique et de la réalisation des démonstrateurs.

Sirris a participé à un projet qui consiste à développer des composants passifs (appelés radiateurs auxiliaires) programmables à placer devant les antennes-relais de téléphonie existantes pour optimiser le champ électromagnétique. Il s'agit de pouvoir dynamiquement réduire le champ dans certaines directions 'sensibles' (écoles, rue peuplée…) et/ou de le renforcer dans les directions où il est trop faible.

Ce projet est aujourd'hui terminé. C'est l'occasion de faire le point sur ce que Sirris peut apporter dans un tel contexte a priori éloigné de ses compétences.

Sirris était chargé de la conception et du dimensionnement du support des radiateurs, du choix des matériaux, de l'étude de la problématique de la connectique et de la réalisation des démonstrateurs. Quel est son apport ?

Techniques de micro-fabrication et d'électronique imprimée - Vieillissement des matériaux

Le projet nécessitait de positionner périodiquement des éléments conducteurs passifs (dipôles en cuivre) sur un support structurellement dimensionné.
Le concept de dipôles passifs mais ajustable repose sur une gestion contrôlée de la longueur de ceux-ci par l’utilisation de switches électroniques placés au milieu du composant. Ceci suppose la présence des connecteurs conducteurs continus auxiliaires qui sont potentiellement gênants pour l'effet correctif désiré de la part du radiateur. Il fallait donc mettre au point une connectique suffisante pour permettre de gérer les switches, mais donc la présence ne perturbe pas l’effet des dipôles principaux.

Sirris a donc étudié plusieurs voies possibles, dont certaines basées sur des techniques d’impression d’encres conductrices sur substrat souple au moyen d’équipements tels que l’AJP (Aérosol Jet Printing).

De nombreuses encres imprimées ont été déposées. Sirris en a étudié le vieillissement sous l'effet de cycles température-humidité et il s'est avéré que leur tenue dans le temps était insuffisante. Seule une encre à l'or pouvait répondre aux exigences de l'application, mais la solution était trop coûteuse.

Une autre voie a été étudiée, qui consistait à déposer des fibres de carbone, mais le caractère multibrins de celles-ci entrainait un risque trop grand de courts-circuits.

Finalement, Sirris a opté pour des fils de cuivre de très petit diamètre (150 µm), suffisamment faible en tout cas par rapport aux dimensions des dipôles.

Simulation et dimensionnement

Avec un logiciel CFD (Computational Fluid Dynamics), Sirris a optimisé le support du dispositif perturbateur par rapport à son effet aéraulique. Le cahier des charges prévoyait une prise au vent de max 10% supérieure à celle que génère l'antenne elle-même afin d'entrer dans la marge de sécurité prévue pour le mât. 

Non seulement le dispositif conçu rencontre ces exigences, mais dans certaines configurations, il améliore même la prise au vent de l'ensemble.

Réalisation de prototypes

Sirris a déterminé le choix des matières premières nécessaires à la réalisation du support, en tenant compte de propriétés spécifiques comme des pertes diélectriques

Les plaques supports du dispositif perturbateur ont été découpées et usinées dans ce matériau, des dipôles de cuivre ont été montés avec toute leur connectique et différents éléments imprimés en 3D en polyamide ont été ajoutés pour rendre l'ensemble complètement fonctionnel.


NB : La ligne jaune ajoutée à l’image représente à l’échelle la dimension d’un dipôle

Aujourd'hui, les spécialistes de l'électromagnétisme à la base du concept disposent donc d'un démonstrateur opérationnel pour valider leurs hypothèses et développements logiciels de prédiction du champ corrigé. La figure ci-dessous illustre d’ailleurs un résultat expérimental obtenu en chambre anéchoïque qui montre bien (à tous points de vue) le succès de la recherche.

©UCL-ICTeam

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