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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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Modélisation multi-échelle
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4. Matériaux artificiels : les métamatériaux
Les métamatériaux sont des matériaux artificiels dont les propriétés (électroniques, mécaniques, thermiques…) peuvent être contrôlées en ajustant leurs paramètres et leurs structures géométriques. Ceci s’applique à l’électromagnétisme, mais pourrait s’appliquer à toutes les propriétés physiques des matériaux. On cite souvent comme début des métamatériaux la proposition par E. Yablonovitch des cristaux photoniques en 1991 dont la structure géométrique est inspirée des matériaux cristallins naturels . Cependant, il est possible de retrouver le même type d’arrangement périodique de tiges diélectriques ou métalliques dans un « Microwave Handbook » datant des années 1945. Et l’antenne brevetée par Marconi en 1919 utilise une grille métallique analogue à un cristal photonique métallique. En 1967, V. Veselago étudiait un matériau virtuel possédant simultanément ε et µ négatifs. Il montrait que dans ce cas l’indice optique du matériau est réel négatif. Il a fallu attendre 1998 pour que J. Pendry propose dans deux articles successifs des structures présentant une permittivité et une perméabilité négatives . À partir de ces travaux J. Pendry et D. Smith seront ensuite les premiers à démontrer expérimentalement un milieu artificiel répondant avec à la fois ε et µ négatifs ...
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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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(4) - PENDRY (J.B.) - Negative refraction makes a perfect lens. - Physical review letters 85 (18), p. 3966 (2000).
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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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