Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Conclusion
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9. Nouvelles applications
En complément des informations principalement décrites dans les rubriques dédiées aux télécommunications, l’évolution principale et structurante du domaine des hyperfréquences est la montée en fréquence, tendant à faire progresser les systèmes vers le domaine du térahertz, de 300 à 2 000 GHz, domaine submillimétrique, comblant peu à peu le fossé le séparant de l’infrarouge.
En conséquence, de nouveaux domaines (communication 6G, imagerie, radar) verront le jour. Compte tenu de l’absorption atmosphérique dans ces gammes de fréquences, les nouvelles applications seront à très courte portée, à l’exception du domaine spatial, communications inter-satellites peu affectées par les pertes de propagation. C’est un champ d’innovation ouvert pour toute la physique et l’ingénierie depuis le domaine des matériaux et des composants jusqu’à la connectique, les assemblages et le packaging.
Les applications principales en hyperfréquence de ces structures bidimensionnelles concernent les surfaces sélectives en fréquence, les surfaces à haute impédance et les métasurfaces.
9.1 Montée en fréquence millimétrique, sub-millimétrique et THz
La montée en fréquences des dispositifs électroniques et électromagnétiques d’émission-réception est liée à l’accroissement des besoins des systèmes selon deux axes principaux :
-
le besoin en bande passante des systèmes de communications : l’accroissement de bande passante des systèmes se traduit par une nécessité d’accroissement de la fréquence centrale de fonctionnement de ces systèmes (figure 3). Le premier axe concerne les développements des télécommunications 5G, au-delà de la 5G et 6G, tels que représentés schématiquement sur la figure 3 avec des fréquences de systèmes allant progressivement de 6 GHz environ vers 24 GHz puis vers 100 GHz ;
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les besoins en résolution des systèmes d’imagerie radar : dans la continuité des systèmes de contrôle de vitesse des véhicules existants munis d’équipements de type radar fonctionnant à 77 GHz, les véhicules autonomes équipés de détection...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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