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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l’article E1000 intitulé « Introduction aux hyperfréquences », rédigé par François Gautier et paru en 2005.
RÉSUMÉ
Après un rappel des paramètres clés du domaine hyperfréquence, cet article a pour objectifs d’extraire les grandes tendances et les ruptures technologiques apparues depuis 2010 dans le domaine des hyperfréquences. Ces deux aspects sont associées principalement à l’émergence de plusieurs champs de recherche et développement structurants, à savoir, l’émergence des nanotechnologies et des nanomatériaux tels que les matériaux mono- et bi-dimensionnels, la réalisation de métamatériaux, l’émergence de l’électronique de spin dans le domaine hyperfréquence, la maturité des matériaux supraconducteurs, la montée en fréquences vers le domaine du Térahertz et le domaine de la modélisation multi-échelle et multi-physique.
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Jean CHAZELAS : Ex-directeur scientifique Thales Defense Mission Systems - Société ULTIMETAS - Paris, France - - Cet article est la version actualisée de l’article [E 1 000] intitulé « Introduction aux hyperfréquences », rédigé par François Gautier et paru en 2005.
INTRODUCTION
Il est généralement admis que le domaine des ondes hyperfréquences, encore appelées micro-ondes, couvre à une certaine partie du spectre des ondes électromagnétiques (EM), celle des ondes submétriques jusqu’aux ondes millimétriques, voire submillimétriques, et correspond aux bandes de fréquence de 100 MHz à 1 000 GHz, soit de 3 m à 0,3 mm.
Cependant, il est possible d'établir une autre ligne de partage avec les autres domaines de l’électronique en considérant que les conceptions et les modélisations de circuits relèvent du domaine des hyperfréquences lorsque les phénomènes de propagation et de rayonnement sont pris explicitement en compte, ce qui n’est en général pas le cas dans les autres domaines de l’électronique. Il n’y a donc pas en fait de frontière fixe entre ces domaines, l’importance de ces deux phénomènes de propagation et de rayonnement par rapport au fonctionnement du dispositif ou du système en étude servant en pratique de critère pour se placer dans le domaine des hyperfréquences ou non.
Aux fréquences plus basses, les outils d’analyse et de conception applicables au rayonnement et à la propagation sont analogues à ceux du domaine des hyperfréquences, mais s’en distinguent souvent par des spécialisations d’applications. Aux fréquences plus élevées, qui ressortent du domaine des infrarouges puis des ondes visibles, les outils de l’optique sont le plus souvent bien adaptés.
Cet article présente les principaux champs de recherche structurant l’évolution très importante du domaine des hyperfréquences, à savoir la synthèse de nouveaux nanomatériaux accompagnée de la conception et de la réalisation de matériaux électromagnétiques artificiels et l’émergence des nanotechnologies.
L'émergence des nanotechnologies a permis de redécouvrir le domaine de la supraconductivité (nouvelles fonctions issues de la réalisation de jonctions Josephson utilisant des supraconducteurs à haute température critique) et le domaine de l’optoélectronique hyperfréquence.
Le dernier paragraphe est consacré à l’identification des principales applications de ces technologies dans les domaines des composants et systèmes.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1985 par André DANZIN
- Version archivée 2 de nov. 2005 par François GAUTIER
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Spintronique en hyperfréquences
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7. Supraconductivité
L’électronique supraconductrice à Haute Température critique (HTS : High Temperature System) a montré depuis plusieurs années des gains en performances, qui en font une technologie de rupture pour les récepteurs de télécommunications d’où la décision d’aborder la question de la montée en maturité de cette technologie. L’ensemble des travaux réalisés a conduit à la construction de deux chaînes de valeurs : une pour la fourniture des circuits supraconducteurs, l’autre pour la réalisation de l’environnement cryogénique des systèmes en privilégiant des PME européennes.
Les Supraconducteurs à Haute Température Critique (SHTC) permettent en principe d’obtenir des facteurs de qualité supérieurs d’au moins un ordre de grandeur à ceux de l’état de l’art aux fréquences considérées. Par exemple, la faisabilité de résonateurs planaires SHTC 2D à 1 GHz avec un facteur de qualité très élevé (Q > 100 000 voire 200 000) et supportant des puissances réactives de l’ordre de 50 W a été démontrée. Le choix de la fréquence de 1 GHz constitue un compromis idéal pour le spectre de bruit ; il permet en outre d’envisager le couplage du résonateur à un élément actif faible bruit et à fort rendement. Le choix de la technologie planaire offre une configuration robuste vis-à-vis de la sensibilité aux vibrations et accélérations, et se prête à l’intégration dans un système cryogénique compact.
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Cryogénie HTS
La cryogénie sous-vide miniaturisée est un point essentiel des systèmes à base de supraconducteur. Des efforts ont été effectués pour réaliser des structures de cryostat en titane, pour une température des circuits HTS supérieure à 60 K avec une consommation maximale réduite.
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Intégration des circuits
Un autre point important dans la construction des dispositifs HTS est le maintien des performances une fois les circuits packagés, c’est-à-dire collés et câblés sur leur support métallique. La maîtrise de cette intégration a été démontrée sur un résonateur présentant un coefficient de surtension de 3.105 pour une application d’oscillateur à faible bruit de phase.
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - BETHUNE (D.S.), KLANG (C.H.), DE VRIES (M.S.) et al - Cobalt catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. - Nature, vol. 363, p. 605-607 (1993).
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(3) - GEIM (A.K.), NOVOSELOV (K.S.) - The rise of graphene. - Nanoscience and technology : a collection of reviews from nature journals, p. 11-19.
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(5) - SCHURIG (D.), MOCK (J.J.), JUSTICE (B.J.), CUMMER (S.A.), PENDRY (J.B.), STARR (A.F.), SMITH (D.R.) - Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies. - Science 314 (5801), p. 977-980 (2006).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Projet de désignation des lettres standard pour les bandes de fréquences radar. - IEEE 521 - 2019
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