boukredine salah eddine
- boukredine.salaheddine@univ-guelma.dz
Abstract
This paper is focused on the design and the analysis of a new 4×1 
microstrip-fed linear antenna array for wireless systems operating at 2.4 GHz2,45 GHz 
.
Abstract (Ar)
تتطلب أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحديثة الجيل الخامس والسادس، إنترنت الأشياء، الاتصالات بين المركبات، والشبكات المحلية اللاسلكية، هوائيات ذات كسب عالٍ، وتوجيهية مرتفعة، وعرض نطاق واسع، مع الالتزام بقيود صارمة تتعلق بالحجم الصغير، والبساطة، وانخفاض التكلفة. وعلى الرغم من الانتشار الواسع للهوائيات المطبوعة بفضل بنيتها المستوية وتوافقها مع تقنيات تصنيع الدوائر المطبوعة، فإنها تعاني من عدة قيود، من بينها الكسب المحدود، وضيق عرض النطاق، وفقدان القدرة بسبب الموجات السطحية، إضافة إلى حساسيتها للتداخل المتبادل عند استخدامها ضمن شبكة هوائيات.
تتناول هذه الأطروحة دراسة وتحليل شبكة هوائيات مطبوعة (مايكروستريب) عالية الأداء تم اقتراحها حديثًا من خلال منهجية مبتكرة تهدف إلى تجاوز هذه القيود عن طريق تعديل هندسي ذكي لعناصر الإشعاع المستطيلة في شبكة هوائيات خطية (4×1) تعمل عند تردد 2.45 غيغاهرتز. وتتمثل المساهمة الرئيسية في الجمع غير المسبوق بين الحواف المقعّرة وقص رؤوس الزوايا، حيث تمت دراسة التأثير المزدوج لهذين التعديلين على الأداء الكهرومغناطيسي بشكل شامل.
تعتمد المنهجية المتبعة على تحليل نظري دقيق يشمل عامل الشبكة، والاقتران المتبادل، وشبكة التغذية المتفرعة، إلى جانب دراسة بارامترية معمقة لعدد العناصرالمشعة، والمسافة الفاصلة بينها، وعمق التقعّر. وتم التحقق من الأداء عملياً من خلال تصنيع النموذج على ركيزة عازلة من فئة روجرز(RO4350B) وإجراء القياسات باستخدام محلل الشبكات المتجهة و بالاعتماد على غرفة منعدمة الصدى.
أظهرت النتائج تحسناً ملحوظاً في التوافق مع معامل انعكاس مقاس قدره −33.82 ديسيبل، وكسب مرتفع بلغ 18.11 ديسيبل في المحاكاة وأكثر من 17 ديسيبل في القياسات العملية، إضافة إلى توجيهية محسّنة بعرض حزمة نصف القدرة قدره 22°، وكفاءة وصلت إلى 90.5%. وقد تم تحقيق هذه النتائج الجيدة دون اللجوء إلى هياكل معقدة مثل نطاقات الحظر الكهرومغناطيسي، أو الأسطح الفوقية، أو البنى متعددة الطبقات. كما تتيح نمذجة تحليلية تربط بين عمق التقعّر والكسب إمكانية تحسين الشبكة بشكل منهجي. ويؤكد التطابق الكبير بين نتائج المحاكاة بواسطة برامج (HFSS، IE3D، PCAAD) والقياسات التجريبية قوة ونجاعة المنهج المقترح.
تُبرز هذه الأطروحة أن التعديل الهندسي البسيط، القائم على فهم دقيق لظواهر الحواف وتوزيعات التيارات السطحية، قادر على التفوق على حلول أكثر تعقيداً، مع الحفاظ على بنية مستوية أحادية الطبقة، مما يفتح آفاقاً واسعة لتطبيقات فورية في مجال أنظمة الشبكات المحلية اللاسلكية عالية الأداء، والمحطات الأساسية لشبكات الجيل الخامس، والاتصالات بعيدة المدى بين المركبات، وشبكات إنترنت الأشياء واسعة النطاق.
الكلمات المفتاحية: شبكات الهوائيات المطبوعة ، الحواف المقعرة ، قص رؤوس الزوايا، الكسب العالي، 2.45 غيغاهرتز.
Abstract (Fr)
Les systèmes de communication sans fil modernes (5G/6G, IoT, V2X, WLAN) exigent des antennes à fort gain, haute directivité et large bande passante, tout en respectant des contraintes sévères de compacité, de simplicité et de coût. Bien que largement utilisées pour leur planéité et leur compatibilité avec les technologies PCB, les antennes imprimées présentent des limites notables : gain modéré, bande passante réduite, pertes par ondes de surface et sensibilité au couplage mutuel en configuration réseau.
Cette thèse propose une approche originale visant à dépasser ces limitations par une optimisation géométrique intelligente des éléments rayonnants d’un réseau d’antennes linéaire (4×1) opérant à la fréquence 2,45 GHz. La contribution majeure réside dans la combinaison inédite de bords concaves (h=3,5mm) et de troncatures d’angles (cut-corners, a=3mm), dont l’effet synergique sur les performances électromagnétiques est étudié de manière exhaustive pour la première fois.
La méthodologie s’appuie sur une analyse théorique rigoureuse (facteur de réseau, couplage mutuel, réseau d’alimentation corporate feed), complétée par une étude paramétrique approfondie du nombre d’éléments, de l’espacement inter-éléments et de la profondeur concave. Les performances sont validées expérimentalement par la fabrication sur substrat Rogers RO4350B et des mesures réalisées au VNA et en chambre anéchoïque.
Les résultats mettent en évidence une amélioration remarquable de l’adaptation avec un coefficient de réflexion mesuré de −33,82 dB, un gain élevé atteignant 18,11 dB en simulation et plus de 17 dB en mesure, une directivité accrue avec une largeur de faisceau HPBW de 22°, ainsi qu’une efficacité de 90,5%. Ces performances sont obtenues sans recourir à des structures complexes telles que les EBG, métasurfaces ou architectures multicouches. Une modélisation analytique reliant la profondeur concave au gain permet en outre une optimisation systématique du réseau. La forte concordance entre simulations (HFSS, IE3D, PCAAD) et mesures expérimentales confirme la robustesse de l’approche proposée.
Cette thèse démontre qu’une optimisation géométrique simple, fondée sur une compréhension fine des phénomènes de bord et des distributions de courant, permet de surpasser des solutions plus complexes tout en conservant une architecture planaire monocouche, ouvrant la voie à des applications immédiates dans les systèmes WLAN haute performance, les stations de base 5G, les communications V2X longue portée et les réseaux IoT à grande échelle.
Mots-clés : Antennes imprimées, réseaux d'antennes, bords concaves, troncatures d'angles (cut-corners), gain élevé, 2,45 GHz.