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Métamatériaux à phase électroniquement variable pour antenne reconfigurable

Université Paris Sud XI OrsayNanophotonique et Electronique Ultra RapideInstitut d’Electronique Fondamentale

A. OURIR, S. N. BUROKUR, A. de LUSTRAC et J.-M. LOURTIOZ

IEF, Univ. Paris-Sud, UMR 8622

CNRS, Orsay

22

Plan de l’exposé

I. Métamatériaux planaires

II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

III. Cavités à dépointage passif

IV. Cavités reconfigurables en fréquence

Conclusions & perspectives

Introduction

33

Antennes à cavités type Fabry-Pérot

Introduction

Il faut minimiser (φSPR+φr) pour réduire h.

Principe de fonctionnement

2)(

4 rSPR

λφφπλ

Nh ±+=

La hauteur de résonance pour un maximum de puissance dans la direction normale (θ = 0°) :

πθλπφφ Nh 2)cos(

22)( rSPR =−+

Maximum de puissance dans une direction d’angle θ :

Cavité PEC-PRS Cavité HIS-PRS

44

Prédiction des modes de résonance par le modèle optique

I. Métamatériaux planaires

2)(

4

λφφπλ

Nh rSPR ±+=

w1 = 3,8 mmw2 = 3,6 mmp1 = p2 = 4 mml = 1,2 mm

N=0

N=1

55II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

Résonance de la cavité pour une épaisseur h ≈ λ/60

Cavité HIS-PRS d’épaisseur h = 0,5 mm

h

18 cm~6λ

Cavité à base de deux métamatériaux

N=0

N=1

66

Plan EPlan H

Diagrammes de rayonnement

21

4θθ

π∆∆

=D

Directivité de la cavité :

= 78

II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

77

Cavité à base d’un seul métamatériau

S11(°)

II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

w2 = 5,6 mmp2 = 6 mml = 4 mm

88

h

12cm~4λ

Résonance de la cavité pour une épaisseur h ≈ λ/30

Cavité d’épaisseur h = 1 mm

h(mm)

2)(

4

λφφπλ

Nh rSPR ±+=

II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

99

Plan EPlan H

Diagrammes de rayonnement

21

4θθ

π∆∆

=D

Directivité de la cavité :

= 162

II. Antennes à cavités directives ultra-compactes à base de métamatériaux

1010III. Cavités à dépointage passif

Conception de la SPR

Cavité à base d’un métamatériau à variation de phase locale

w = 2,2 mma = 5 mmg = 0,4 mm

1111

Contrôle directionnel du rayonnement par variation de la capacitééquivalente

III. Cavités à dépointage passif

1212IV. Cavités reconfigurables en fréquence

Cavité à base d’un métamatériau à phase électroniquement variable

Conception de la SPR

varicap

w = 1 mms = 6 mmg = 2 mm

1313

Contrôle fréquentiel par variation électronique de la capacité –Antenne reconfigurable

IV. Cavités reconfigurables en fréquence

1414

Plan E Plan H

IV. Cavités reconfigurables en fréquence

1515

Modélisation de métamatériaux composites planaires

Conception et étude des surfaces à hautes impédances et des surfaces partiellement réfléchissantes

Amélioration des performances des antennes par rapport aux structures traditionnelles utilisant une cavité Fabry-Perrot grâce àl’utilisation de métamatériaux

Étude du rayonnement directionnel des antennes par des métamatériaux à variation de phase locale

Cavités reconfigurables en fréquence par insertion d’éléments actifs

Conclusions

Conclusions

1616

Contrôle électronique directionnel du rayonnement des antennes

Application du savoir-faire sur des antennes large bande ou multi-bandes

Perspectives

Perspectives