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PREMIERE PARTIE
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Mémoire de fin d'études de second
cycle pour l'obtention du Diplôme de Professeur
d'Enseignement
Technique grade II. Rédigé et soutenu par
:
ETOUNGOU Bertrand Olivier et BAOK Jeanne Irène
GEL5EN
INTRODUCTION CENERALE
Depuis plusieurs années, des logiciels
spécialisés dans le domaine de la simulation d'antennes sont
apparus pour permettre une prise en compte de plus en plus fine de la
réalité du milieu de propagation des ondes
électromagnétiques. Il y a encore peu de temps les cartes
topographiques, combinées à des photographies aériennes,
suffisaient pour déployer un réseau de
Télécommunications. Mais le paramétrage des antennes
n'était pas optimale, la qualité des transmissions non plus ; ce
qui entraînait le mécontentement des usagers. Sans compter avec
les coûts très élevés de ces opérations
engendrant l'augmentation des coûts de communications. Les
opérateurs de télécommunications, se sont donc
tournés vers les chercheurs et spécialistes du domaine pour
obtenir des logiciels de dimensionnement des antennes ; ou ont
développé eux-mêmes leurs propres logiciels, d'après
ces besoins.
La conception des logiciels de paramétrage des antennes
permet de nos jours :
D'estimer la distribution des intensités de champ
électrique en tenant compte du diagramme de rayonnement de l'antenne et
de la configuration particulière des bâtiments présents.
D'intégrer le diagramme de rayonnement des antennes
réelles, mais aussi la géométrie et la nature des
matériaux constituant les immeubles environnants (absorption dans le
béton, réflexions sur les murs, diffraction par les points
anguleux ou les arêtes).
La minimisation des coûts d'implantation, par la non
exploitation du GPS, des équipements topographiques,
géodésique, photogrammétrique, ainsi que le personnel
d'appui.
La souplesse d'implantation et l'aspect multi-bande ou
multirésonnant;
Toutes ces finalités ne peuvent être atteintes que
par la mise en place d'une méthodologie de recherche qui s'appuie sur
des concepts théoriques et pratiques.
La problématique de ce mémoire de fin de cycle
est de rechercher de nouvelles approches algorithmiques du calcul des
caractéristiques du rayonnement. Cependant pour répondre à
ce besoin, une connaissance approfondie des apports des travaux
effectués dans la même optique est nécessaire. Dans un
premier temps, on combinera le savoir faire des uns et des
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autres, pour concevoir un outil de pointe. Celui-ci doit
satisfaire non seulement aux critères techniques (antennes adaptatives)
mais surtout aux critères socioéconomiques.
En parallèle, notre mémoire poursuit un
deuxième but d'importance équivalente. Certains algorithmes ayant
servi à la conception des outils antérieurs s'y ajoutent,
aboutissant ainsi à un didacticiel complet qui assurerait la
durabilité et la dissémination des résultats obtenus, et
fournirait un outil précieux pour l'enseignement et la formation.
La conception et la réalisation des outils d'aide au
paramétrage des antennes ne datent pas de nos jours, d'importants
travaux leur ont été consacré. Les concepteurs ont
toujours été soucieux d'apporter des réponses
contractuelles de nature à satisfaire les intérêts des
entreprises participant à la production ou à la commercialisation
de ces outils. Les outils d'aide au dimensionnement des antennes pour stations
de base que nous avions consulté se concentrent principalement sur le
nombre et les positions des antennes de transmission (ou stations de base)
nécessaires pour couvrir une région. La plupart des outils de
dimensionnement se basent sur les surfaces de couvertures des antennes
potentielles. Cette approche est nommée Coverage Based Design.
Elle consiste à minimiser le nombre des antennes et à trouver
leurs positions telles que le rapport signal sur interférences (SIR)
reçu à une station mobile soit suffisamment élevé
pour satisfaire la demande. Le SIR reçu à la station mobile
dépend de la puissance du signal à l'émission et de
l'atténuation du signal : la validité des modèles qui
utilisent cette approche dépend donc de la précision de la
fonction d'atténuation du signal. Les antennes étant
réalisées avec une précision limitée, les
performances réelles sont toujours inférieures aux performances
théoriques. En général on ne connait pas exactement les
erreurs faites mais on peut en donner une estimation statistique. Ceci permet
d'en déduire des diagrammes, gains et autres performances de l'antenne.
Un « cahier des charges » étant imposé aux performances
d'une antenne, quelles tolérances de fabrication faut-il choisir pour
que les spécifications soient respectées avec une
probabilité donnée (par exemple 90%) ? La plate forme à
élaborer permet comme nous allons le voir de donner des réponses
relativement simples à ces questions.
Nous allons de ce fait exploiter au mieux les connaissances et
les expériences des uns et des autres pour établir une fondation
assez solide de notre plateforme. Par la suite, nous y inclurons les
considérations propres à notre cadre de travail pour faire de ce
logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel doit pouvoir ouvrir une
porte vers une amélioration future qui ferait alors de lui un outil
indispensable au sein des entreprises et écoles d'Ingénieurs.
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L'application développée sous le nom
AntennaParameter 1.0.0 s'avère d'un grand
intérêt pour les opérateurs de
télécommunications et l'enseignement de l'électronique de
la communication dans le cadre des recherches sur les antennes
d'émission/réception.
On peut résumer l'intérêt de l'application,
en quatre points essentiels :
1. Un outil d'ingénierie
télécom
AntennaParameter a été conçu, afin
d'être une véritable plateforme pour l'analyse et l'étude
du rayonnement électromagnétique. En interfaçant
AntennaParameter avec le logiciel Matlab, les caractéristiques de
rayonnement s'obtiennent directement depuis Matlab et les résultats
(couvertures de champ, profil, diagramme d'antennes, longueur d'onde, ...). Les
algorithmes développés sont plus rapides et souples. L'interface
est conviviale et facile d'utilisation.
2. Un outil de visualisation
La possibilité offerte de visualiser le diagramme de
rayonnement en 2D, 3D est actuellement une ouverture en matière de
complémentarité pour l'analyse d'un système rayonnant et
une prédiction de ses caractéristiques et celles du
rayonnement.
3. Un outil adapté aux réalités
économiques de notre pays
Le coût de développement de ce logiciel est
faible en comparaison aux autres logiciels conçus pour les mêmes
applications. Cependant ce coût évolue avec le nombre d'appareils
utilisant le même logiciel, contrairement à un
développement personnel qui n'a pas besoin de licence
particulière de développement. Le problème d'utilisation
d'un logiciel commercial s'en trouve accru si l'on désire publier ou
déployer ce logiciel en réseau pour un accès distant.
4. Un didacticiel sur les antennes
L'outil est un didacticiel pour mieux comprendre les
propriétés telles que les diagrammes de rayonnement, le gain, la
directivité, l'efficacité de rayonnement, etc....
Pour mener à bien ce mémoire, l'étude se
scinde en quatre chapitres.
Le chapitre 1 sera consacré à la revue de
la littérature ; c'est-à-dire la présentation des travaux
antérieurs. Ce chapitre nous permettra d'exploiter au mieux les
connaissances et les expériences des uns et des autres pour
établir une fondation assez solide de notre plateforme. Par la suite,
nous y inclurions les considérations propres à notre cadre de
travail pour faire de ce logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel
doit pouvoir ouvrir une porte vers une amélioration future qui ferait de
lui un outil indispensable au sein des entreprises.
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Le chapitre 2 sera consacré à la
présentation de l'étude, et des généralités
qui vont permettre de situer dans leur contexte les travaux effectués et
de souligner leurs intérêts. Les antennes présentées
tout au long de ce manuscrit sont destinées à des
applications de réseaux de télécommunications sans
fil, qu'ils s'agissent des réseaux de téléphonie,
de proximité ou de diffusion.
Le chapitre 3 sera consacré à la
conception de l'utilitaire. Nous aborderons dans ce chapitre l'analyse
conceptuelle que nous avons effectuée pour mener à bien le
travail qui nous a été demandé tout au long de ce
mémoire. Nous tâcherons d'expliquer les différentes
méthodes de conception.
Le chapitre 4 présentera les résultats
obtenus au cours de ce mémoire. Il sera non seulement la
résultante de toutes les théories et analyses menées dans
les chapitres précédents, mais il sera aussi le résultat
d'un long labeur en terme de programmation.
Ce manuscrit se terminera par une conclusion suivie des
perspectives sur le travail effectué, des références de
sites WEB.
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CAHIER DES CHARGES
Le paramétrage des antennes est une conséquence
logique de l'amélioration de la qualité de service offert et la
diminution des risques de coupures.
Le problème mis en évidence, consiste donc
à mettre sur pied une plateforme pour l'étude des
antennes et l'analyse du rayonnement électromagnétique en tenant
compte des caractéristiques propres à chaque antenne.
Cet outil devrait précisément permettre :
De choisir une antenne en fonction des contraintes techniques et
légales ;
De stocker dans une base de données les informations sur
les antennes et de générer des synthèses quotidiennes ;
De fournir des interfaces ou pages Web pour l'exploitation des
données ;
De fournir un modèle de sauvegarde des données sur
les antennes ;
De fournir les caractéristiques sur le rayonnement
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DEUXIEME PARTIE
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PRESENTATION DES TRAVAUX
ANTERIEURS ET DES DIFFERENTS
TYPES D'ANTENNES
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CHAPITRE 1 : REVUE DE LA LITTERATURE
CHAPITRE 2 :
PRESENTATION DE L'ETUDE
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