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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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Nanomatériaux et nanotechnologies pour les hyperfréquences
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2. Dispositifs classiques
Les dispositifs, composants et circuits employés dans le domaine des ondes hyperfréquences, sont en partie spécifiques en raison de la fréquence d’utilisation et de l’effet de la propagation. Une résistance, une self, ne sont pas réalisées et modélisées de la même façon en électronique basse fréquence et en hyperfréquences.
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Aussi, pour travailler dans le domaine des micro-ondes convient-il de définir, de décrire le comportement et de modéliser l’ensemble des composants dont on a besoin dans ce domaine :
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d’abord composants passifs de base, résistances, selfs, capacités ;
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mais aussi tous composants passifs plus spécifiques tels que lignes de propagation, transitions entre lignes, filtres, coupleurs, dispositifs à ferrite (en particulier pour des dispositifs passifs non réciproques), circuits multicouches de liaison/distribution [E 3 342] ;
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antennes comme constituants essentiels du domaine puisqu’elles assurent le passage de l’onde d’une ligne de propagation à l’espace libre et réciproquement. Elles interviennent fondamentalement dans le fonctionnement du système de télécommunication ou radar dans lequel elles sont insérées, car c’est à travers elles que s'effectue le filtrage spatial du signal, le filtrage temporel étant du ressort des circuits du système. Elles nécessitent fréquemment une protection physique, climatique et aérodynamique réalisée au moyen d’un radôme (radar dôme), pouvant aussi comporter des dispositifs de protection contre les agressions électromagnétiques ;
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composants actifs maintenant de plus en plus souvent regroupés au sein d’un ou de plusieurs MMIC. La conception et la réalisation de ces circuits sont donc largement développées dans cette rubrique. Il faut cependant noter que, pour l’essentiel, les modèles de conception utilisés pour les composants actifs des MMIC sont aussi utilisables...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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