La présente invention concerne un dispositif à surface sélective en fréquence, comprenant un substrat, un réseau de motifs élémentaires conducteurs imprimés sur au moins une surface dudit substrat, et un réseau de composants de couplage, chaque composant de couplage reliant deux motifs élémentaires conducteurs adjacents, chaque composant de couplage ayant une capacité modifiable par application d'une commande.
On connait des documents « A tunable metamaterial frequency-selective surface with variable modes of opération », « Single-layer high-order miniaturized-element frequency-selective surfaces » et
Les dispositifs à surface sélective en fréquence (également appelée FSS pour « Frequency Selective Surface » en anglais) sont des éléments connus dans le milieu de l'électromagnétisme, ayant la capacité selon leur configuration de rejeter certaines fréquences ou au contraire de transmettre certaines fréquences. Ces dispositifs sont généralement réalisés sous la forme de surfaces périodiques constituées d'un arrangement ordonné sur un substrat d'éléments passifs électriquement conducteurs, formant des motifs. Lorsque cet arrangement d'éléments est soumis à une onde électromagnétique plane incidente, celle-ci est en partie transmise et en partie réfléchie.
Sous certaines conditions de résonance, l'amplitude de l'onde transmise est égale à 0, l'énergie étant réfléchie ou diffusée du côté de l'onde incidente. Ce type de surface se comporte ainsi soit comme un filtre passe-bande, c'est-à-dire laissant passer des ondes électromagnétiques à une fréquence donnée, soit comme un filtre coupe-bande, c'est-à-dire rejetant des ondes électromagnétiques à une fréquence donnée.
Néanmoins une telle solution souffre d'une double rigidité. D'une part, la largeur de bande passante fonctionnelle visée est une conséquence directe du motif périodique retenu, et ne peut pas être modifiée. D'autre part, il n'est pas possible, avec le même dispositif, de basculer d'une fonction « passe bande » vers une fonction « coupe bande » ou réciproquement.
Afin de remédier à ces inconvénients, il a été proposé d'intégrer à des dispositifs à surface sélective en fréquence des condensateurs variables ou des diodes, commandables électriquement, permettant ainsi de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif.
En particulier, il a été proposé, pour réaliser un dispositif à surface sélective en fréquence coupe-bande actif, c'est-à-dire dont la fréquence rejetée est variable, d'interconnecter les motifs de la surface sélective en fréquence au moyen de composants électroniques, tels que des selfs et/ou des capacités variables afin de rendre les FSS actives. Par exemple, une variation de la tension appliquée aux bornes des capacités variables apporte une modification de la fréquence rejetée.
Néanmoins, cette solution ne permet pas de faire fonctionner le dispositif de manière sélective en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Il a par ailleurs été proposé de faire varier le mode de fonctionnement, en passe-bande ou en coupe-bande, pour une même configuration des motifs, en utilisant des modes de métallisation du dispositif, différents. Par exemple, pour une même configuration, lorsque le substrat est diélectrique et les motifs métallisés, le dispositif fonctionne en mode coupe-bande, tandis que lorsque le substrat est métallisé et les motifs diélectriques, le dispositif fonctionne en mode passe-bande.
Néanmoins, cette solution ne permet pas non plus de faire fonctionner un même dispositif de manière sélective en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Un objectif de l'invention est donc de fournir un dispositif à surface sélective en fréquence qui soit multifonctionnel, c'est-à-dire qui puisse fonctionner sélectivement, en réponse à une commande, en mode coupe-bande et en mode passe-bande.
A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif selon la revendication 1.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 13.
L'invention a également pour objet un système à surface sélective en fréquence selon la revendication 14.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
Les
Le dispositif 2 comprend un substrat 4, et un réseau 6 d'éléments conducteurs 8 imprimés sur au moins une surface du substrat.
Les éléments conducteurs 8 forment sur la surface du substrat des motifs élémentaires formant ensemble un réseau régulier, et seront par la suite appelés motifs élémentaires conducteurs 8.
Le substrat 4 est par exemple plan. Le substrat 4 est de préférence réalisé en un matériau diélectrique, ayant des caractéristiques diélectriques, notamment une permittivité réelle et une tangente de pertes, faibles. De préférence, la permittivité réelle du matériau formant le substrat est inférieure à 25 et sa tangente de pertes est inférieure à 0,1.
Par exemple, le substrat est un substrat diélectrique NX9300 commercialisé par la société NELTEC® ayant une permittivité réelle égale à 3 et une tangente de perte égale à 0,0023.
En variante, le substrat peut être réalisé en un matériau composite monolithique.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont réalisés en un matériau électriquement conducteur.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont de formes identiques.
Dans l'exemple représenté, les motifs élémentaires conducteurs 8 sont des motifs circulaires formant des anneaux.
Le diamètre des anneaux est choisi notamment en fonction de la fréquence de travail visée pour l'application.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont agencés de manière à former un réseau, notamment un réseau ligne colonne. Par réseau ligne colonne, on entend que les motifs élémentaires conducteurs 8 sont alignés à la fois selon des lignes et selon des colonnes.
Dans l'exemple représenté, chaque motif élémentaire conducteur 8, à l'exception des motifs élémentaires conducteurs de bord ou de coin, est ainsi adjacent à deux motifs élémentaires conducteurs selon une ligne et à deux autres motifs élémentaires conducteurs selon une colonne.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont disjoints. Par disjoints, on entend que les motifs élémentaires ne sont pas reliés les uns aux autres, en l'absence des composants de couplage décrits ci-après.
Afin de permettre une commandabilité du mode de fonctionnement du réseau de motifs élémentaires conducteurs 8, c'est-à-dire de permettre de basculer d'un mode passe-bande à un mode coupe-bande, et de modifier la fréquence de fonctionnement en mode passe-bande ou en mode coupe-bande, le dispositif 2 comprend par ailleurs une pluralité de composants 12 de couplage (non illustrés sur la
Dans la suite de la description, on appellera mode passe-bande un mode dans lequel le dispositif 2 transmet uniquement des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence est comprise dans au moins une bande de fréquence comprise entre une fréquence de coupure basse et une fréquence de coupure haut, et centrée autour d'une fréquence de résonance.
On appellera par ailleurs mode coupe-bande un mode dans lequel le dispositif 2 transmet uniquement des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence n'est pas comprise dans une bande de fréquence comprise entre une fréquence de coupure basse et une fréquence de coupure haut, et centrée autour d'une fréquence de résonance.
Ces fréquences de résonance seront désignées par extension comme fréquence de fonctionnement du dispositif, en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Les composants 12 de couplage et l'ensemble 14 de commande 6 permettent ainsi, en combinaison, de faire varier sélectivement le mode de fonctionnement, coupe-bande ou passe-bande, du dispositif 2, qui était, en l'absence ce ces éléments, fixé.
Les composants 12 de couplage et l'ensemble 14 de commande permettent également de faire varier sélectivement la fréquence de fonctionnement du dispositif 2, celle-ci étant également, en l'absence de ces éléments, fixée.
Les composants 12 de couplage relient les motifs élémentaires conducteurs 8 deux-à-deux, chaque composant de couplage 12 reliant deux motifs élémentaires conducteurs 8 adjacents.
En particulier, chaque motif élémentaire conducteur 8 est relié à chacun des motifs élémentaires conducteurs 8 qui lui sont adjacents par un unique composant 12 de couplage.
Dans l'exemple représenté, chaque composant 12 de couplage relie deux motifs élémentaires conducteurs 8 adjacents selon une ligne ou selon une colonne. Les composants 12 de couplage forment donc, comme les motifs élémentaires conducteurs 8, un réseau ligne colonne.
Les composants 12 de couplage sont des condensateurs à capacité variable.
Le fonctionnement de chaque composant 12 de couplage, en particulier la valeur de sa capacité, peut donc être modifié par application d'une commande à ce composant 12 de couplage, le composant 12 de couplage étant polarisé en direct ou en inverse.
Les composants 12 de couplage sont identiques les uns aux autres.
Les composants 12 de couplage sont commandables électriquement. Ainsi, chaque composant 12 de couplage est propre à fonctionner comme un condensateur, dont la capacité est variable en fonction d'une commande électrique, en particulier de la tension électrique appliquée à ses bornes.
Les composants 12 de couplage sont par exemple des varicaps, notamment des varicaps MOS, des diodes varicaps ou des varicaps ferroélectriques.
En variante, les composants de couplage peuvent être des MEMS, des NEMs, des diodes PIN, des composants à base de cristaux liquides, des diodes Schottky, ou des transistors FET.
Les composants 12 de couplage sont commandables électriquement.
Lorsque les varicaps 12 sont des varicaps ferroélectriques, elles peuvent être commandées en étant polarisées en inverse ou en direct.
Par ailleurs, de telles varicaps ferroélectriques peuvent également être commandables thermiquement. Chaque varicap ferroélectrique est alors propre à fonctionner comme un condensateur variable, dont la capacité est variable en fonction d'une commande thermique qui lui est appliquée en vue de fixer sa température à une température de fonctionnement donnée.
Par exemple, de telles varicaps ferroélectriques, commandables thermiquement peuvent être des varicaps de BST (Ba1-xSrxTiO3). En particulier, de telles varicaps de BST sont avantageuses, car elles sont commandables à la fois électriquement (en inverse et en direct) et thermiquement, et nécessitent essentiellement l'application d'une différence de potentiel, et ne consomment ainsi pas d'énergie.
Par exemple, une varicap de BST peut avoir une capacité variable pouvant prendre des valeurs comprises entre 3,2 pF et 0,7 pF lorsque la tension à ses bornes varie de 0 V à 20 V, la capacité étant une fonction décroissante de la valeur absolue de la tension appliquée.
Les composants 12 de couplage sont choisis en fonction de l'application souhaitée, en particulier en fonction de la gamme de capacité pouvant être obtenue en faisant varier la tension à leurs bornes ou en faisant varier leur température.
Lorsque les composants 12 de couplage sont commandés électriquement, une variation de la capacité d'un composant 12 de couplage est obtenue en faisant varier la tension appliquée à ses bornes.
Lorsque les composants 12 de couplage sont commandés thermiquement, une variation de la capacité d'un composants 12 de couplage est obtenue en faisant varier la température appliquée à ce composant 12 de couplage.
Les composants 12 de couplage du dispositif 2 peuvent être commandés selon deux modes distincts, correspondant aux deux modes de fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire le mode passe-bande et le mode coupe-bande.
Les composants 12 de couplage sont commandés par groupe, chaque groupe de composants 12 de couplage comprenant au moins un premier composant de couplage reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent, et un deuxième composant de couplage, reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent. La capacité des composant de couplage d'un groupe donné sont donc égales les unes aux autres. Les groupes de composants de couplage sont disjoints, c'est-à-dire que chaque composant de couplage appartient à un unique groupe.
Notamment, dans l'exemple représenté, dans lequel les motifs élémentaires forment un réseau ligne-colonne, chaque groupe de composants de couplage est une paire de composants de couplage. Chaque paire est formée d'un premier composant de couplage 12a, reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent selon une ligne, et d'un deuxième composant de couplage 12b, reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent selon une colonne. La capacité du premier composant de couplage d'une paire est donc toujours identique à la capacité du deuxième composant de couplage de cette paire. Les paires de composant de couplage sont disjointes, c'est-à-dire que chaque composant de couplage appartient à une unique paire.
Néanmoins, on comprendra que les composant de couplage reliant entre eux les motifs élémentaires conducteurs d'une ligne d'extrémité (par exemple la dernière ligne), et les composant de couplage reliant entre eux les motifs élémentaires conducteurs d'une colonne d'extrémité (par exemple la première colonne), n'appartiennent pas à un groupe ou paire de composants de couplage. Ces composants de couplage sont donc omis.
Par capacité d'un groupe (par exemple d'une paire) de composants de couplage on entend donc la valeur commune de la capacité des composants de couplage de ce groupe (notamment du premier composant de couplage et du deuxième composant de couplage d'une paire).
On distingue par ailleurs un premier ensemble de groupes de composants de couplage et un deuxième ensemble de groupes de composants de couplage, qui sont disjoints et complémentaires.
Dans l'exemple illustré sur la
Comme visible sur la
Ainsi, chaque paire de composants de couplage 20a du premier ensemble est adjacente uniquement à des paires de composants de couplage 20b du deuxième ensemble, et réciproquement, chaque paire de composants de couplage 20b du deuxième ensemble est adjacente uniquement à des paires de composants de couplage 20a du premier ensemble.
Par paire de composants de couplage adjacents, on entend deux paires de composants de couplage qui comprennent toutes deux des composants de couplage reliant un même motif élémentaire conducteur à d'autres motifs élémentaires. A contrario, deux paires de composants de couplage non adjacentes sont telles qu'aucun motif élémentaire conducteur relié à un motif élémentaire par un composant de couplage d'une première de ces paires n'est relié à un motif élémentaire par un composant de couplage de la deuxième de ces paires.
Dans un premier mode de commande, correspondant au mode coupe-bande, les composants de couplage sont commandés de manière à avoir tous la même capacité. Ainsi, la capacité de l'ensemble des groupes de composants de couplage est fixée à une même valeur.
Dans un deuxième mode de commande, correspondant au mode passe-bande, la capacité des groupes de composants de couplage du premier ensemble est fixée à une première valeur, et la capacité des groupes de composants de couplage du deuxième ensemble est fixée à une deuxième valeur, distincte de la première valeur, de telle manière à ce que le rapport de la capacité Cmin sur la valeur de la capacité Cmax (Cmin/Cmax) reste inférieur à 0,90.
L'ensemble 14 de commande est configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités des groupes de composants de couplage 12, selon le premier mode ou selon le deuxième mode décrit ci-dessus.
En particulier, l'ensemble 14 de commande est configuré pour commander la valeur de la capacité des groupes 20a, 20b de composants de couplage sélectivement :
Dans le premier mode, l'ensemble 14 de commande est en outre configuré pour faire varier la valeur de la capacité de l'ensemble des groupes 20a, 20b de composants de couplage 12, en vue de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif en mode coupe-bande, c'est-à-dire de la fréquence centrale de la bande non transmise. Notamment, la fréquence de fonctionnement augmente lorsque la valeur de la capacité des composants de couplage diminue.
Dans le deuxième mode, l'ensemble 14 de commande est en outre configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble de composants de couplage et/ou du deuxième ensemble de composants de couplage, en vue de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif 2 en mode passe-bande, c'est-à-dire la fréquence centrale de la bande transmise.
Afin de faire varier la fréquence de fonctionnement de ce deuxième mode, la variation des groupes de composants de couplage doit être du même ordre, c'est-à-dire, pour un groupe 20a de 2,7pF et un groupe 20b de 3,2pF, en diminuant les valeurs des capacités variables de -0,5 pF soit 20a = 2,2 pF et 20b = 2,7 pF, la fréquence de fonctionnement augmente. La réciprocité est valable, avec une augmentation du même ordre des valeurs de composants de couplage, la fréquence de fonctionnement diminue.
En outre, dans le deuxième mode, l'ensemble 14 de commande est également configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble de composants de couplage et/ou du deuxième ensemble de composants de couplage, en vue de faire varier la largeur de la bande passante. L'augmentation de la valeur du rapport Cmin/Cmax vers 1 diminue la largeur de la bande passante et réciproquement, la diminution du rapport Cmin/Cmax vers 0 augmente la largeur de la bande passante.
A cette fin, l'ensemble 14 de commande comprend une pluralité de modules de commande des composants de couplage 12, configurés pour commander les composants de couplage 12 afin d'en faire varier la capacité, et une unité 26 de commande, configurée pour commander les modules de commande en fonction du mode coupe-bande ou passe-bande souhaité et/ou en fonction de la fréquence de fonctionnement souhaitée. Sur la
Les modules 24 de commande sont chacun associés à un groupe de composants de couplage donné, chaque composant de couplage étant associé à un unique module de commande.
Chaque module 24 de commande est configuré pour commander la valeur des capacités des composants de couplage du groupe qui lui est associé. En particulier, chaque module de commande est configuré pour commander la valeur des capacités des composants de couplage 12a, 12b du groupe 20a ou 20b qui lui est associé, en réponse à une commande issue de l'unité 26 de commande.
L'unité 26 de commande comprend un processeur 28 et une mémoire 30.
La mémoire 30 comprend au moins une zone de stockage 32 dans laquelle sont stockées, pour chaque mode coupe-bande et passe-bande, des grandeurs représentatives des valeurs des capacités associées à plusieurs fréquences de fonctionnement données.
Ainsi, pour le mode coupe-bande, la zone de stockage 32 comprend, pour chaque fréquence de fonctionnement possible, la valeur de la grandeur représentative de la valeur de toutes les capacités permettant d'atteindre cette fréquence de fonctionnement.
Pour le mode passe-bande, la zone de stockage 32 comprend, pour chacune d'une pluralité de fréquences de fonctionnement possibles, éventuellement associée à une largeur de bande passante, un couple de valeurs, comprenant la valeur de la grandeur représentative de la capacité des groupes de composants de couplage du premier ensemble et la valeur de la grandeur représentative de la capacité des groupes de composants de couplage du deuxième ensemble, permettant d'atteindre cette fréquence de fonctionnement et le cas échéant la largeur de bande passante.
Chaque grandeur représentative de la valeur d'une capacité est par exemple la valeur de la capacité elle-même, une valeur de tension devant être appliquée aux bornes du composant de couplage pour obtenir cette capacité, ou une valeur de température devant être imposée au composant de couplage pour obtenir cette capacité.
Ces données sont par exemple issues d'un étalonnage préalablement réalisé en condition réelles. Notamment, si le dispositif 2 est destiné à être intégré à une paroi composite, l'étalonnage est réalisé après intégration du dispositif dans la paroi composite.
La mémoire 30 comprend par ailleurs une application 36 de commande, propre à être exécutée par le processeur 28.
Lorsqu'un mode donné de fonctionnement, coupe-bande ou passe-bande, une fréquence de résonance donnée et éventuellement une largeur de bandes passantes sont visées, l'application 36 de commande est configurée pour extraire de la zone de stockage 32 les valeurs des grandeurs représentatives des capacités des différents groupes de composants de couplage permettant d'obtenir un fonctionnement du dispositif 2 selon le mode visé et la fréquence de fonctionnement visée. Par ailleurs, l'application 36 de commande est configurée pour commander les modules 24 de commande en transmettant à chaque module 24 de commande la valeur de la grandeur représentative de la capacité du groupe de composants de couplage associé à ce module.
Le mode de fonctionnement, la fréquence de fonctionnement et la largeur de la bande passante sont par exemple saisies par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine adaptée reliée à l'unité 26 de commande, ou sont fournies par un autre système relié à l'unité 26 de commande.
Selon un mode de réalisation, les composants de couplage 12 étant commandables électriquement, l'ensemble 14 de commande est adapté pour appliquer une commande électrique aux composants de couplage 12, afin commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage 12.
Dans ce mode de réalisation, la grandeur représentative de la valeur de la capacité d'un composant de couplage 12 est par exemple la tension devant être appliquée aux bornes du composant de couplage pour obtenir cette valeur de capacité.
L'unité 26 de commande est ainsi configurée pour commander à chaque module 24 de commande l'application d'une tension électrique prédéterminée aux bornes des capacités d'un groupe 20a ou 20b de composants de couplage 12, en fonction du mode de fonctionnement de la fréquence de fonctionnement visés, et éventuellement de la largeur de bande passante visés, et chaque module 24 de commande est configuré pour appliquer la tension électrique commandée par l'unité 26 de commande aux bornes des composants de couplage 12 du groupe de composants de couplage 12. Par exemple, l'unité 26 de commande comprend deux sources de tension variable, chacune reliée, via des ramifications électriques, aux groupes de composants de couplage du premier ensemble ou du deuxième ensemble respectivement.
Pour obtenir un fonctionnement en mode coupe-bande, les deux sources de tension génèrent une tension à la même valeur, tandis que pour obtenir un fonctionnement en mode passe-bande, les tensions générées par les deux sources de tension diffèrent. Dans ces deux modes, les tensions générées dépendent de la fréquence de fonctionnement visée.
Selon un autre mode de réalisation, les composants de couplage 12 étant commandables thermiquement, l'ensemble 14 de commande est adapté pour appliquer une commande thermique aux composants de couplage 12, afin commander la valeur des capacités des groupes 20a, 20b de composants de couplage 12.
Dans ce mode de réalisation, la grandeur représentative de la valeur de la capacité d'un composant de couplage 12 est par exemple la température devant être imposée au composant de couplage 12 pour obtenir cette valeur de capacité.
L'unité 26 de commande est ainsi configurée pour commander à chaque module 24 de commande l'application d'une température prédéterminée à un groupe de composants de couplage, et chaque module 24 de commande est configuré pour appliquer la température commandée par l'unité 26 de commande au groupe de composants de couplage 12.
Par exemple, les modules 24 de commande peuvent être choisis parmi des modules Peltier, des résistances chauffantes, ou des moyens de commande pyro-optiques.
A titre d'exemple, un dispositif à surface sélective en fréquence a été fabriqué à partir d'un substrat de 0,78 mm d'épaisseur, réalisé en un matériau ayant une permittivité réelle égale à 3 et une tangente de pertes égale à 0,0023. Une pluralité de motifs élémentaire conducteurs de forme circulaire a été imprimée sur ce substrat, les motifs élémentaires formant un réseau lignes-colonnes. Chaque motif élémentaire forme un anneau de diamètre interne égal à 23 mm, la largeur de la bande formant l'anneau étant de 0,5 mm. Chaque motif élémentaire occupe une cellule carrée de 25 mm de côté. Les différents motifs élémentaires sont donc disjoints.
Des varicaps ont été insérées pour relier les différents motifs élémentaires, comme décrit ci-dessus. Les varicaps sont des varicaps de BST, dont la capacité varie de 3,2 pF à 0,7 pF lorsque la tension à ses bornes varie de 0 V à ±20 V.
Des ramifications électriques ont par ailleurs été imprimées sur le substrat afin de lier chaque paire de varicaps d'un premier ensemble, tel que décrit ci-dessus, à une première source de tension, et afin de relier chaque paire de varicaps d'un deuxième ensemble à une deuxième source de tension.
Dans un premier temps, la réponse en fréquence de ce dispositif a été testée en mode coupe-bande en appliquant plusieurs valeurs de tension aux bornes des varicaps, la même tension étant générée par la première et la deuxième sources de tension. Trois valeurs de tension ont été testées, correspondant à trois valeurs de capacité pour l'ensemble des varicaps, égales respectivement à 3,2 pF, 1,85 pF et 0,7 pF.
Des ondes électromagnétiques ont été émises sur le dispositif, avec un angle d'incidence nul et une polarisation verticale, et les ondes transmises ont été analysées afin de déterminer le coefficient de réflexion S11 et le coefficient de transmission S21 en fonction de la fréquence, pour des fréquences comprises entre 0,5 et 2,2 GHz.
Les
On constate d'après ces Figures que le fonctionnement du dispositif 1 est bien celui d'une filtre coupe-bande.
La
Dans un deuxième temps, la réponse en fréquence de ce dispositif a été testée en mode passe-bande en appliquant plusieurs couples de valeurs de tension aux bornes des varicaps, des tensions de valeurs distinctes étant générées par la première et la deuxième sources de tension.
Quatre couples valeurs de tension ont été testées, correspondant à quatre couples de valeurs de capacité, respectivement 2,3/3,2 pF, 1,5/2,9 pF, 0,7/3,2 pF, et 0,7/1,5 pF.
Des ondes électromagnétiques ont été émises sur le dispositif, avec un angle d'incidence nul et une polarisation verticale, et les ondes réfléchies et transmises ont été analysées afin de déterminer le coefficient de réflexion S11 et le coefficient de transmission S21 en fonction de la fréquence, pour des fréquences comprises entre 0,5 et 2,2 GHz.
Les
Sur ces Figures, la courbe D illustre la variation du coefficient de réflexion S11 et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 2,3/3,2 pF.
La courbe E illustre la variation du coefficient de réflexion S11 et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 1,5/2,9 pF.
La courbe F illustre la variation du coefficient de réflexion S11 et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 0,7/3,2 pF.
Enfin, la courbe G illustre la variation du coefficient de réflexion S11 et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 0,7/1,5 pF.
On constate, d'après ces Figures, que le fonctionnement du dispositif est bien celui d'un filtre passe-bande, dont la fréquence de fonctionnement, correspondant à la fréquence centrale de la bande de fréquence transmise, varie lorsque les valeurs absolues de capacité Cmin et Cmax du couple varie. En outre, on constate une variation de la largeur de la bande passante lorsque la valeur du rapport Cmin/Cmax du couple varie. Notamment, on constate une variation de la largeur de la bande passante, avec une ouverture à -3 dB, de 0,010 GHz à 0,150 GHz. Le couple 2,3/3,2 pF (Courbe D) permet d'obtenir un mode passe-bande très étroit, de par le rapport Cmin/Cmax proche de 1. En diminuant les valeurs absolues de Cmin et Cmax à rapport Cmin/Cmax constant, une augmentation de la valeur de la fréquence de travail est obtenue. La bande passante est ajustable par la variation du rapport Cmin/Cmax. En effet, le couple 2,3/3,2 pF de rapport Cmin/Cmax = 0,72 présente une bande passante très étroite (0,010 GHz à -3 dB) à la fréquence centrale de 0,96 GHz alors que le couple 0,7/3,2 pF de rapport Cmin/Cmax = 0,22 a une bande passante élargie (0,150 GHz à -3 dB) à la fréquence centrale de 1,26 GHz.
Le dispositif à surface sélective en fréquence est donc multifonctionnel, en ce qu'il est propre à fonctionner sélectivement en tant que coupe-bande ou en tant que passe-bande, en réponse à une commande, en fonction des applications visées. En outre, ce dispositif est commandable en fréquence, la fréquence de fonctionnement et la largeur de la bande passante pouvant être modifiée, par application d'une commande, en fonction du besoin. En particulier, le dispositif offre des largeurs de bandes passantes qui peuvent atteindre des valeurs plus élevées que celles offertes par les dispositifs traditionnels.
Un tel dispositif est apte à être intégré dans une paroi structurelle composite, sans en dégrader les propriétés mécaniques. On comprendra néanmoins que seul le substrat sur lequel sont imprimés les motifs élémentaires conducteurs et éventuellement les ramifications, et les composants de couplage, sont intégrées à la paroi, l'unité de commande pouvant être déportée à l'extérieur de la paroi.
Notamment, ce dispositif peut être intégré dans une paroi composite de type monolithique ou dans une paroi composite de type sandwich, notamment par insertion entre deux plis de composite, ou au niveau de l'interface entre l'âme et une peau du sandwich, ou encore en insertion au sein de l'âme dans une position parfaitement parallèle aux faces de la structure (par exemple par collage entre deux plaques de matériaux constitutifs de l'âme).
En particulier, en raison de la commandabilité fréquentielle du dispositif selon l'invention, un tel dispositif peut être utilisé de manière avantageuse :
Notamment, l'intégration de dispositifs selon l'invention dans une paroi structurelle d'un porteur permet d'en modifier la signature radar.
L'utilisation de dispositifs selon l'invention permet d'apporter à des structures les intégrant de nouvelles fonctionnalités, ajoutant une plus-value à des structures initialement passives, tout en offrant un rallongement de la durée de vie de ces structures de par sa modularité.
Selon un mode de réalisation, illustré sur la
Un tel système comprend ainsi plusieurs dispositifs selon l'invention qui partagent le même substrat, et éventuellement la même unité de commande.
Dans l'exemple illustré sur la
La réponse en fréquence de chacun des dispositifs 2, notamment son mode de fonctionnement en tant que coupe-bande ou en tant que passe-bande, sa fréquence de fonctionnement et éventuellement sa largeur de bande passante, reste cependant commandable indépendamment des autres dispositifs 2 du système 30. Par exemple, certains dispositifs 2 peuvent être commandés pour fonctionner en tant que passe-bandes, les autres dispositifs 2 étant commandés pour fonctionner en tant que coupe-bandes.
D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Notamment, les élémentaires conducteurs ne sont pas nécessairement circulaires (anneaux et disques pleins) mais peuvent être elliptiques, carrés, rectangulaires, hexagonaux, en croix de Jérusalem, etc.
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