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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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Supraconductivité
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6. Optoélectronique-hyperfréquence
L’optoélectronique et la photonique hyperfréquence ont atteint des niveaux de maturité qui les rendent incontournables pour de multiples applications. Basé sur les 5 ordres de grandeurs de différence entre le GHz et les centaines de THz (200 THz = longueur d’onde de 1,5 µm), les technologies optoélectronique-hyperfréquences sont les seules à permettre la réalisation de fonction de retard hyperfréquences.
Compte tenu de la disponibilité de composants optoélectroniques fonctionnant à des fréquences très élevées (> 20 GHz), il est maintenant possible d’envisager des architectures de traitement de signaux hyperfréquence couvrant les fonctions suivantes, à savoir les architectures de commande d’antennes, les lignes à retards, la fonction de filtrage de signaux hyperfréquences, l’analyse spectrale.
La fonction de filtrage de signaux hyperfréquences est une brique de base des architectures des chaînes d’émission/réception des senseurs électromagnétiques pour des systèmes de télécommunications et des systèmes radar. Que ces fonctions de filtrage soient de type filtre réjecteur ou de type passe bande, leur complexité s’accroît en fonction de plusieurs paramètres dimensionnant que sont le nombre et la gamme des fréquences des signaux à filtrer, et leurs bandes passantes respectives. Au début des années 2000, de nombreux travaux de recherche ont été menés pour réaliser des architectures optiques capables d’implémenter des fonctions de filtrage avec pour objectifs principaux, les performances en termes de sélectivité en fréquence, de simplification des architectures, et de bande passante. Le principal challenge des années 2000 a été lié à la réalisation d’architectures optiques autorisant la réalisation d’architectures à coefficients négatifs, permettant de contourner les principales limitations des architectures optiques.
D’où proviennent les architectures à coefficients négatifs ? Pour rappel, compte tenu du principe des liaisons optiques basées sur une détection quadratique, seules des valeurs positives (mesure de puissance) sont possibles aux architectures optiques. Afin de contourner cette limitation, des recherches ont été conduites sur la réalisation de déphasage permettant la soustraction de puissance optique qui, transférée dans le domaine hyperfréquence, se traduit par une soustraction de signaux hyperfréquences.
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Optoélectronique-hyperfréquence
BIBLIOGRAPHIE
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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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