Article de référence | Réf : E1000 v3

Conclusion
Introduction aux hyperfréquences

Auteur(s) : Jean CHAZELAS

Date de publication : 10 juin 2021

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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.

15/06/2021

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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Auteur(s)

  • 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.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-e1000


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10. Conclusion

Cette introduction aux hyperfréquences montre à quel point le domaine des hyperfréquences est actif pour plusieurs raisons.

La raison principale tient au fait que l’ingénierie des matériaux au niveau de la couche atomique (matériaux bi-dimensionnels tels que le graphène et mono-dimensionnels tels que le nanotube de carbone) a ouvert la voie à la réalisation de matériaux artificiels (n’existant pas à l’état naturel) présentant des propriétés électroniques, thermiques et mécaniques remarquables.

En conséquence, une nouvelle génération de dispositifs hyperfréquence à très haute intégration a ainsi vu le jour permettant de couvrir des gammes de fréquences étendues.

D’autres types de matériaux comme les supraconducteurs ont permis de réaliser des fonctions hyperfréquences (filtres, oscillateurs…) présentant des performances exceptionnelles (pureté spectrale pour les oscillateurs, réjection pour les filtres).

La future révolution de ce domaine sera probablement liée à la maîtrise de la génération, de la propagation et de la manipulation des ondes de spin (appelées magnons) dans des nanostructures permettant d’effectuer les fonctions de traitement de signal basées sur le spin et non plus sur la charge des électrons.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - IIJIMA (S.), ICHIHASHI (T.) -   Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter.  -  Nature, vol. 363, p. 603-605 (1993).

  • (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).

  • (3) - GEIM (A.K.), NOVOSELOV (K.S.) -   The rise of graphene.  -  Nanoscience and technology : a collection of reviews from nature journals, p. 11-19.

  • (4) - PENDRY (J.B.) -   Negative refraction makes a perfect lens.  -  Physical review letters 85 (18), p. 3966 (2000).

  • (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).

  • (6)...

NORMES

  • Projet de désignation des lettres standard pour les bandes de fréquences radar. - IEEE 521 - 2019

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