Étude des systèmes antennaires pour les communications MIMO en bande millimétrique

Abstract

Résumé La demande croissante de réseaux 5G et le nombre croissant d'internautes ont conduit à l'exploration de nouvelles technologies pour surmonter les limites de la bande passante traditionnelle inférieure à 6 GHz. L'une de ces technologies est mmWave, qui fonctionne à des fréquences extrêmement élevées et offre une bande passante importante pour une transmission de données plus rapide. Cependant, mmWave présente également des défis tels qu'une portée effective plus courte et une perte d'espace libre plus élevée en raison de ses caractéristiques de fréquence plus élevées. Pour relever ces défis, les chercheurs se sont tournés vers les techniques MIMO qui utilisent plusieurs antennes aux extrémités de l'émetteur et du récepteur pour améliorer les performances du système. Cependant, la mise en œuvre de MIMO dans les petits appareils des utilisateurs finaux comme les téléphones mobiles pose des défis pratiques. De plus, un plus grand nombre d'antennes peut générer plus de chaleur, ce qui affecte les performances de l'appareil et la durée de vie de la batterie. Pour surmonter ces défis, les métasurfaces, des structures conçues artificiellement qui manipulent les ondes électromagnétiques, offrant un contrôle unique sur la propagation des ondes, sont apparues comme une solution prometteuse. En intégrant des métasurfaces avec des antennes, il est possible de réduire le nombre d'antennes requises dans les systèmes MIMO tout en améliorant les performances globales. Dans ce mémoire, nous allons concevoir des antennes mimo 2*2 qui fonctionneront en ondes millimétriques avec une bande passante de 23,5 à 29,4 GHz et une fréquence centrale de 26 GHz, après quoi nous ajouterons une métasurface non uniforme 2*2 pour augmenter la performance du système tels que le gain, le diagramme de rayonnement et les performances de diversité.

Abstract The increasing demand for 5G networks and the growing number of internet users have led to the exploration of new technologies to overcome the limitations of traditional sub-6 GHz bandwidth. One of these technologies is mmWave, which operates at extremely high frequencies and offers significant bandwidth for faster data transmission. However, mmWave also presents challenges such as shorter effective range and higher free space path loss due to its higher frequency characteristics. To address these challenges, researchers have turned to MIMO (Multiple-Input Multiple- Output) techniques, which utilize multiple antennas at the transmitter and receiver ends to improve system performance. However, implementing MIMO in small end-user devices such as mobile phones pose practical challenges. Moreover, a larger number of antennas can generate more heat, which affects device performance and battery life. To overcome these challenges, metasurfaces have emerged as a promising solution. Metasurfaces are artificially designed structures that manipulate electromagnetic waves, offering unique control over wave propagation. By integrating metasurfaces with antennas, it is possible to reduce the number of antennas required in MIMO systems while improving overall performance. In this project, we will design 2x2 MIMO antennas that operate in mmWave with a bandwidth of 23.5 to 29.4 GHz and a central frequency of 26 GHz. Afterward, we will add a non-uniform 2x2 metasurface to enhance system performance, such as gain, radiation pattern, and diversity performance.