EP2959542B1 - Systeme de deflexion configurable hyperfrequence - Google Patents

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EP2959542B1
EP2959542B1 EP14703588.5A EP14703588A EP2959542B1 EP 2959542 B1 EP2959542 B1 EP 2959542B1 EP 14703588 A EP14703588 A EP 14703588A EP 2959542 B1 EP2959542 B1 EP 2959542B1
Authority
EP
European Patent Office
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deflection system
microstructures
primary
period
ms2p
Prior art date
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Active
Application number
EP14703588.5A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP2959542A1 (fr
Inventor
Mane-Si Laure Lee-Bouhours
Antoine BRUS
Brigitte Loiseaux
Thierry Dousset
Christian Renard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2959542A1 publication Critical patent/EP2959542A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2959542B1 publication Critical patent/EP2959542B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/10—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism comprising three-dimensional array of impedance discontinuities, e.g. holes in conductive surfaces or conductive discs forming artificial dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/14—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying the relative position of primary active element and a refracting or diffracting device

Definitions

  • the invention relates to the treatment of microwave waves, and in particular the deflection of a microwave beam. More specifically, the invention relates to a configurable deflection system.
  • the invention applies for the treatment of a microwave beam, corresponding to frequencies between 300 MHz and 300 GHZ, typical wavelength of 1 mm to 1m.
  • the antenna For pointing, the antenna must be configured to transmit / receive a wave in a direction of the given space.
  • it is increasingly necessary to redirect an antenna following the update of the coverage of the territory. For example, each antenna withdrawal is followed by a repositioning of neighboring antennas.
  • the coverage of the territory is in perpetual change because we constantly seek to improve coverage while optimizing costs, thus minimizing the number of antennas.
  • some antennas must be removed or moved, which gives rise to a reorientation of neighboring antennas. It is therefore important to have an antenna called “smart” and "remote”, “intelligent” for their ability to orient themselves to cover different areas in space and "remote” for their ability to be remotely controllable to from a central office.
  • the antenna For “tracking” or tracking, the antenna must be configured to follow a target, such as a satellite.
  • the beam For scanning, the beam must illuminate a defined part of the space or scene to analyze it.
  • a first solution is mechanical.
  • the disadvantages are the addition of an additional mechanical system, in mass / volume (compared to the rental of a mast), a sphere of large size, seen from the outside, which changes volume according to its orientation, reliability (especially if you want a "remote” antenna), maintenance costs and preventive maintenance.
  • the antenna consists of different radiating elements or elementary antennas mounted in a network and to each of which is associated a phase shifter. These phase shifters make it possible to inject different phases so as to generate a deflection of the beam.
  • An antenna emits radiation to two prisms arranged "back to back”, rotated relative to each other along an axis ZZ 'perpendicular to the emission surface, and independently.
  • the incident radiation is deflected in a given direction, depending on the index of the material or materials constituting the prism and its apex angle.
  • the total deflection angle ⁇ provided by the set of two prisms depends on the rotation angles of the two prisms.
  • a disadvantage of this system for its microwave application is the size of the deflector resulting from the thickness of the prisms.
  • the document FR 2945674 discloses the use of discs of constant thickness, of refractive index increasing linearly from one end to the other end of the disc to obtain the deflection of the electromagnetic wave passing through the disc.
  • This solution makes it possible to have two flat-faced components and thus to avoid unbalance effects.
  • this solution offers a footprint related to the thickness similar to that of a solid prism for an equivalent deflection.
  • the greater the diameter (or opening) of the deflection system the greater the diameter of the components, which will lead to an increase in their thickness (to fixed material) for get the desired deviation, resulting in a component that is more cumbersome.
  • the document FR 2570886 also describes the use of structures on the faces of the prisms, to achieve a matching layer providing an antireflection function.
  • the documents FR 2570886 and FR 2945674 also describe the possibility of replacing the prism with a diffraction grating in echelettes, called "zoned prism".
  • the thickness of the prism is reduced by the creation areas for which the differential phase difference between the material constituting the prism, a dielectric material with a high refractive index (greater than the index of air), and air, is equal to 2 ⁇ between each zone.
  • ⁇ 0 design wavelength of the device typically equal to the wavelength of the incident microwave beam and n index of the material.
  • the period P of the network determines the angle at which diffraction of the grating occurs.
  • the diffraction angle ⁇ p made by the first-order diffracted beam called the main diffracted beam F0 with the normal to the grating is determined by well-known lattice law.
  • the component thus has a smaller footprint than the prism.
  • the thickness of the component no longer depends on the size of the system (diameter or opening of the system), which is a major advantage when the opening of the system is large.
  • this solution is suitable when the total deflection angle is less than about 10 °, ie an angle of 5 ° per grating.
  • this solution is no longer suitable because it induces increasing losses with the diffraction angle, because of the effect of 'shady.
  • the shadow or masking effect is illustrated on the figure 2 by a ray trace.
  • the part of the incident beam Finc corresponding to zone 21 is not diffracted in the direction ⁇ p of the main diffracted beam F0, and a portion 22 of the diffracted beam is lost, inducing a loss.
  • the angle of the first-order diffracted beam increases, which corresponds to a period P of the network which decreases, the energy diffracted in the other orders of the network or secondary orders increases, also inducing a loss on the efficiency of diffraction of the grating, and thus on the intensity of the microwave beam deflects.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks, by proposing a compact and light deflection system, making it possible to obtain high angles of deflection, a high efficiency on the main diffraction order corresponding to the main direction of the deflection , and a strong attenuation of the other orders of diffractions.
  • the primary microstructures are formed in the body of the first and second substrates.
  • the first primary microstructures have a pillar shape and / or a hole shape.
  • the second primary microstructures have a pillar shape and / or a hole shape.
  • the primary microstructures have a hexagonal, circular or square section.
  • At least one of the periods is sampled according to a sampling period defining sampling intervals, the primary microstructures being arranged within each interval so as to correspond to a given value of effective index. in the meantime.
  • the first and / or second primary microstructures respectively have a plurality of first and / or second primary variable sizes respectively along the first period and / or the second period respectively.
  • At most one primary microstructure is arranged per sampling interval.
  • the first and / or second primary microstructures respectively have a first and / or a second principal size given and a density per unit of variable area along respectively the first and the second period.
  • system according to the invention further comprises at least a plurality of secondary microstructures of secondary sizes smaller than the primary sizes.
  • a secondary microstructure at most is arranged by sampling interval.
  • the first component and / or the second component is perpendicular to the axis of rotation Z.
  • the first period is less than or equal to the second period.
  • the incident beam is a collimated beam.
  • the generated microwave beam comprises a deflected main beam of main lobe relative gain and a plurality of diffracted beams parasitic relative gains of lobes, and the first and second variations respectively of the first and second effective indices are adapted so that each of the differences between the relative gain of the main lobe and one of the relative gains of the spurious lobes is greater than or equal to 10 dB when the incident microwave beam has a wavelength equal to said target wavelength.
  • an antenna comprising a microwave source disposed substantially at the focus of a dielectric lens so as to generate a collimated beam and a deflection system according to one of the aspects of the invention.
  • the dielectric lens is manufactured from microstructures having a size less than the ratio between a target wavelength chosen in the range and respectively the first and second substrate refractive index.
  • the dielectric lens is manufactured on one side of the first component facing the microwave source, the first structure of the first component being made on the other side.
  • the antenna according to the invention comprises a microwave waveguide capable of generating a collimated beam and a deflection system according to one of the aspects of the invention.
  • the figure 3 represents an example of a deflection system 1 of a Finc incident microwave beam according to the invention.
  • the incident beam Finc has a wavelength in a range of wavelengths corresponding to microwave frequencies, typically a wavelength of between 1 mm and 1 m.
  • the deflection system 1 comprises at least two diffractive dielectric components, a first diffractive dielectric component C1 and a second diffractive dielectric component C2.
  • the components C1 and C2 are able to perform each, and independently, a rotation about a Z axis.
  • the deflection system 1 is capable of generating a microwave beam F from the incident microwave beam Finc.
  • Components C1 and C2 are diffractive networks able to diffract a beam.
  • the component C1 illuminated by the incident beam Finc diffracts a first beam, this beam then being itself diffracted by the second component C2, generating the beam F of the system 1.
  • the beam F is oriented at an angle depending on the angular positioning between the first diffractive component C1 and the second diffractive component C2 according to the principle of the diasporameter.
  • the first diffractive dielectric component C1 has a first periodic structure of first period P1 along an axis X1.
  • the first structure comprises a plurality of first primary microstructures MS1p formed on a first substrate S1 having a first substrate refractive index n1 s.
  • the first structures MS1p have at least a first primary size d1p smaller than the ratio between a target wavelength ⁇ 0 and the substrate index n1s.
  • the target wavelength ⁇ 0 is chosen in the wavelength range corresponding to the microwave waves, ie a wavelength typically between 1 mm and 1 m.
  • MS1p structures are structures called subwavelength or sub- ⁇ , because of their size less than the wavelength of the incident beam on the component.
  • the sub- ⁇ microstructures form an artificial material having a first effective index n1eff.
  • the arrangement of microstructures MS1p in a period is such that they form an artificial material having a first variation of the effective index n1eff.
  • the characteristics of the second component C2 are of the same nature, but are not necessarily equal.
  • the second component C2 has a second periodic structure of second period P2 along an axis X2.
  • the second structure comprises a plurality of second primary microstructures MS2p formed in a second substrate S2 having a second refractive index substrate n2s.
  • MS2p microstructures are also sub- ⁇ type structures. d 2 p ⁇ ⁇ 0 / not 2 s
  • microstructures MS2p in a period P2 is such that they form an artificial material having a second variation of the effective index n2eff.
  • Major advantages of the deflection system 1 according to the invention are those of an electronic scanning antenna that is to say a compact system and maintaining the same volume, seen from the outside, whatever the orientation of the beam radiated, but with the advantages of a mechanical system, that is to say a reduced power consumption since the control does not need to be maintained when the antenna remains inert, a simpler system (without phase shifter neither wire nor amplifier) and without cooling management.
  • the small dimensions of the primary microstructures MS1p and MS2p, called sub-wavelength microstructures or sub- ⁇ microstructures make it possible to eliminate the shading effect obtained by a diasporameter made with ladder gratings.
  • the deflection system 1 according to the invention of the incident beam Finc is compact and lightweight, and the distribution of the energy of the diffracted beam F in space is determined by the value of the periods P1 and P2 and by the variation of the effective indices n1eff and n2eff within the periods P1 and P2. This distribution can thus be optimized.
  • the effective index n1eff varies according to the period P1 as a function of an abscissa x n1eff (x), between a first minimum value n1min and a first maximum value n1max, with n1 min ⁇ n1 max. Since the network is in contact with the air, n1 min is greater than or equal to 1.
  • the effective index n2eff varies according to the period P2 as a function of an abscissa x n2eff (x) between a second minimum value n2min and a second maximum value n2max, with n2min ⁇ n2max. Since the network is in contact with the air, n2min is greater than or equal to 1.
  • the sub- ⁇ MS1p and MS2p microstructures are formed in the body of their respective substrate S1 and S2.
  • the microstructures are thus easier to manufacture, the manufacturing technique being, for example, mechanical or laser machining of the substrate, molding, sintering or 3D printing.
  • the values of n1 max and n2max can not exceed the index value of the corresponding substrate, thus: 1 ⁇ not 1 min ⁇ not 1 max ⁇ not 1 s and 1 ⁇ not 2 min ⁇ not 2 max ⁇ not 2 s
  • the parasitic diffracted beams can be indexed by an index i corresponding to the order to which they correspond, and denominated Fd (i) with i ⁇ 1.
  • the main beam F0 concentrates a large part of the diffracted energy and corresponds to the beam deflected by the system 1.
  • Deflection system 1 is able to generate a deflected beam in a plurality of orientations due to the rotations of components C1 and C2, making the system configurable deflection angle.
  • the stray diffracted beams Fd comprise, for example, the diffracted beam in the order -1 (Fd (-1)), the diffracted beam in the order 0 (Fd (0), the beams diffracted in the higher orders Fd (-2 ), Fd (-3) ...
  • the sub- ⁇ structures allow a great flexibility on the design of the variation of the effective index in a period. This flexibility makes it possible to optimize the shape and the arrangement of the sub- ⁇ MS1 p and MS2p structures to obtain a variation of the effective indices n1eff and n2eff respectively over a period P1 and P2 so that the energy radiated in the main deflected beam F0 of intensity I0 is favored, and the diffracted energy in parasitic diffracted beams Fd (i) of intensity Id (i) is minimized.
  • the variation of the effective index induces a phase variation on the incident beam on the component.
  • the periodic structure of the effective index variation induces a periodic structure of phase variation.
  • phase variation induced by the effective index variation over a period P is substantially equal to 2 ⁇ (within 10%) between one end of the period and the other end of this same period.
  • the use of sub- ⁇ microstructures thus makes it possible to achieve an optimized phase law so that the energy radiated in the main deflected beam is favored, and the energy diffracted in the parasitic diffracted beams is minimized.
  • the optimization is performed on the complete system comprising at least two diffractive dielectric components.
  • the period and phase law over one period is not necessarily identical for the first component C1 and the second component C2.
  • the phase law, and therefore the effective index variation, over a period is almost monotonous.
  • the phase law, and therefore the effective index variation, over a period is constant by subintervals, that is to say variable in steps.
  • the primary microstructures are arranged according to different variants. These variants are applicable to the first diffractive dielectric component C1 and to the second diffractive dielectric component C2 independently.
  • the primary microstructures MSp are arranged at a periodicity P along an axis X.
  • microstructures are formed in a dielectric material either protruding, in the form of pillars, or hollow, in the form of holes. A combination of holes and pillars is also possible.
  • the pillars and / or the holes are made directly in the substrate for example by the manufacturing methods described above.
  • microstructures are of any shape, preferably with axes of symmetry to make them independent of the polarization of the incident beam at normal incidence, which allows a behavior of the deflection system according to the invention which is not very sensitive to polarization.
  • the microstructures according to the invention have a square, hexagonal or circular section, or a combination of different geometries.
  • the period P of the network (P1 and / or P2) is sampled according to a sampling period Pe (P1e and / or P2e) less than P (P1 and / or P2) dividing the period P and defining intervals of time.
  • the primary microstructures (MS1p, MS2p) are arranged within each interval Ii of dimension Pe so as to correspond to a given value of effective index neff (i) in said interval.
  • the index variation effectiff neff (n1eff and / or n2eff) according to the period P is thus sampled according to a period Pe.
  • the sampling period Pe is chosen greater than or equal to ⁇ o / 10.ns.
  • phase law synthesized with the microstructures makes it possible to produce a discontinuous phase law in stages or jumps, each jump corresponding to a given value of phase and therefore to a given value of effective index.
  • the figure 4 discloses a diffractive dielectric network C according to the invention which may correspond to C1 or C2, composed of primary microstructures MSp in pillar periodically distributed in a period Pe, their primary size dp being variable along the period P. This is the variation of their size which allows the variation of the effective index neff according to the period P.
  • the figure 4a corresponds to a profile view, the figure 4b to a top view of component C.
  • a primary microstructure MSp at most (MS1p and / or MS2p) is arranged at sampling interval Ii.
  • the size of the microstructure dp (dp1 and / or dp2) varies from one interval to another.
  • the gap without microstructure is equivalent to an effective index equal to the refractive index of air.
  • the figure 5 illustrates the notion of effective index for the described variant figure 4 and gives an example of a calibration curve for determining the dimension of the pillar corresponding to a chosen effective index value.
  • the figure 5 represents the variation of the effective index neff as a function of the surface filling rate of the microstructures, which varies between 0 and 1.
  • the target wavelength ⁇ 0 is 7.14 mm, corresponding to a frequency of 42 GHz.
  • the period Pe is in this example equal to 0.336x ⁇ 0.
  • the points P1 to P5 represented figure 5 correspond in abscissa to five size values of microstructures, and therefore to five different values of surface filling ratio.
  • the surface filling ratio is schematically represented by a top view of each square section pillar 38 centered per surface unit 40.
  • the zone 38 represents the dielectric material constituting the pillar, the zone 42 corresponds to the air, ie the zone left empty around the pillars. On the ordinate one can read the value of the effective index corresponding to each case.
  • the absence of a pillar corresponds to an effective index equal to the index of the air 1 and a complete covering of the surface by the microstructures corresponds to the value of the index of the substrate 2.54.
  • the value of the effective index is a function of the surface filling rate.
  • any effective index profile is generated between 1 and the value of the substrate index ns, sampled by the number of pillars over the period.
  • 7 pillars per period, plus a vacuum 7 effective index values can be obtained, in addition to the limit value 1. The same type of behavior is obtained with holes.
  • a diffractive dielectric network C is composed of pillar microstructures MSp 'of constant size, and of density per unit of variable surface along the period P. It is the variation of their density which allows the variation of the effective index neff according to the period P. The method of manufacturing the component is thus facilitated.
  • the figure 6a corresponds to a profile view, the figure 6b to a front view of component C.
  • the figure 7 illustrates the notion of effective index for the described variant figure 6 and gives an example of a calibration curve for determining the density per unit area of pillars or holes corresponding to a selected effective index value.
  • the figure 7 represents the variation of the effective index neff as a function of the surface filling rate of the microstructures, which varies between 0 and 1.
  • Graph 72 corresponds to holes of the same size.
  • the white areas correspond to the air, the hatched areas to the presence of material.
  • the different surface densities are schematically described at different points on the curves.
  • the two geometries namely pillars and holes, are combined to reduce the height of the microstructures.
  • the component C (C1 and / or C2) further comprises at least a plurality of secondary microstructures MSs (MS1 s and / or MS2s) of secondary size ds (d1s and / or d2s) less than the size D0 (d1p and / or d2p) of the corresponding primary microstructures MSp.
  • the secondary microstructures are arranged in a second layer on the first layer of primary structures MSp (MS1 p and / or MS2p).
  • the secondary microstructures are preferably pillars or holes or a combination of both, and preferably have shapes such as squares, hexagons or circles.
  • secondary microstructures makes it possible to adjust more finely the value of the desired effective index so as to reduce the energy diffracted by the system 1 in the parasitic orders other than that of the main beam and to make an adaptation layer. impedance (antireflection layer).
  • the figure 8 illustrates several variants ( Figure 8a, 8b and 8c ) of the embodiment comprising secondary microstructures.
  • the component C (C1 or C2) comprises primary microstructures MSp of variable size in the form of a pillar in a first layer, and secondary microstructures MSs also in the form of a pillar arranged in a projection in a second layer.
  • the secondary pillars of size ds are located on the primary pillars (8a, 8b, 8c) and / or between them (8a).
  • the secondary microstructures are arranged periodically in a lower period (8a and 8c) or equal (8b) to the period P of the primary microstructures.
  • the figure 9 illustrates another variant of the embodiment comprising secondary microstructures.
  • the figure 9a is the profile view and the figure 9b is the top view of component C (C1 and / or C2).
  • the component C (C1 and / or C2) comprises primary microstructures MSp (MS1 p and / or MS2p) of variable size dp (d1p and / or d2p) along the period P (P1 and / or P2), such that described figure 4 , shaped like a square pillar.
  • the period P is sampled according to a sampling period Pe (P1e and / or P2e), and there is at most one primary structure per interval Ii.
  • the component C (C1 and / or C2) also comprises secondary microstructures MSs (MS1 s and / or MS2s) in the form of square holes of variable size ds (d1s and / or d2s).
  • At most one secondary microstructure is arranged at sampling interval Ii.
  • a square pillar-shaped primary microstructure is perforated by a secondary microstructure in the form of a square section hole.
  • the secondary microstructures are centered on the corresponding primary microstructure disposed in the same sampling interval.
  • the figure 10 schematically illustrates the variation of effective index neff (i) obtained with the microstructures described figure 9 .
  • the plane X1Y1 of the component C1 and / or the plane X2Y2 of the component C2 is / are perpendicular to the axis of rotation Z.
  • the diffraction angle of the main order of the deflection system 1 is greater than or equal to 60 ° in absolute value, in order to obtain a total deflection amplitude comprised in a cone of at least 120 °.
  • the calculations are then simplified.
  • the periods P1 and P2 have distinct values, with P1 ⁇ P2, for a finer optimization of the deflection system 1.
  • the component P1 is illuminated by the incident beam at normal incidence
  • the component C2 is illuminated by the beam diffracted by the component C1, at an angle of incidence greater than 0 °.
  • the period P2 of the component C2 is greater than the period P1 of the component C1.
  • the incident beam Finc is a collimated beam for a better operation of the deflection system according to the invention.
  • the incident beam Finc illuminates the first component C1 at normal incidence for better operation of the deflection system according to the invention.
  • phase ⁇ induced by a network (C1 or C2) according to the invention "pseudo echelette” is illustrated figure 12b .
  • the material index is 3.4 and the height of the microstructures is 4.2 mm.
  • the effective index values neff (i) and the height of the microstructure are calculated to induce a phase variation close to 2 ⁇ over a period P in a linear stepwise manner.
  • phase ⁇ induced by an "optimized 1" network (C1 or C2) according to the invention is illustrated. figure 12c .
  • the index of the material is 3.4 and the height of the component is about 10 mm.
  • the effective index values neff (i) are calculated to induce a phase variation close to 2 ⁇ over a period P according to a nonlinear stepwise law.
  • the sides of the pillars vary between about 1.8 mm and 2.5 mm non-linearly, and the sampling period Pe is about 2.5 mm.
  • These pillars are holed with square side holes varying between 1.4 mm and 2.4 mm.
  • the arrangement of the structures is optimized to minimize diffracted energy in spurious diffraction orders.
  • the planes of the substrates of the components are perpendicular to the Z axis.
  • the axes X1 and X2 are parallel, there is no angular difference between the two components C1 and C2.
  • the figure gives the relative gain of the antenna in a maximum deflection configuration as a function of the angle ⁇ , which corresponds to the observation direction in the plane Oxz with respect to the axis Z (axis of rotation of the components) .
  • Curve 110 corresponds to D ( ⁇ ) for the deflector constituted by conventional ladder gratings.
  • Curve 111 corresponds to D ( ⁇ ) for the deflector according to the invention "pseudo echelette".
  • Curve 112 corresponds to D ( ⁇ ) for the deflector according to the "optimized” invention.
  • the efficiency D0 is defined as the value in dB of the relative gain of the main lobe L0, at the minimum of attenuation.
  • the level of a spurious lobe Dd (i) is defined as the value in dB of the relative gain of the network lobe Ld (i), at the minimum of attenuation.
  • Dd (0) corresponds to the rejection in the mechanical main axis.
  • This relative difference is expressed in dBc (decibel relative to carrier) and corresponds to the level in dB relative to the main lobe.
  • the ladder deflector has a main relative gain of -3 dB
  • the "pseudo-ladder” deflector has a main relative gain of -3 dB
  • the "optimized 1" deflector a main relative gain of -2 dB.
  • the echelette network lobes are important and either not or only slightly more attenuated than the main lobe. These lobes are troublesome in some applications and must be minimized for proper operation of the deflector. In general, we try to attenuate all the lobes of networks.
  • the deflectors according to the invention make it possible to obtain relative gain deviations which are greatly increased compared with the state of the art of the deflector ladder.
  • the optimization of the variation of the effective indices neff according to the period P makes it possible to increase the value of the differences between the energy radiated in the main order (main relative gain), and the energy radiated in the spurious diffraction orders (parasitic relative gain).
  • the simulation of the behavior of the system according to the invention comprising sub- ⁇ microstructures makes it possible to identify variations n1 eff (x) and n2eff (x) resulting in performance of the deflection system according to the invention. higher than those of a deflection system obtained with conventional ladder type gratings.
  • Curve 132 describes the relative gain D ( ⁇ ) of an exemplary deflection system 1 "optimized 3" according to the invention with two diffractive components C1 and C2 having two different periods P1 and P2 and different microstructures for C1 and C2 inducing a different variation of n1eff and n2eff.
  • Curve 112 corresponds to the "optimized 1" deflection system as previously described.
  • E deviations are greater than 14 dB for the "optimized 2" system and 20 dB for the "optimized 3" system.
  • each of the differences between the relative gain of the main lobe D0 and one of the relative gains of the spurious lobes Dd is greater than or equal to 10 dB when the incident microwave frequency beam Finc has a wavelength equal to the target wavelength ⁇ 0 .
  • each of the differences between the relative gain of the main lobe D0 and one of the relative gains of the spurious lobes Dd is greater than or equal to 15 dB when the incident microwave frequency beam Finc has a wavelength equal to the target wavelength ⁇ 0.
  • the differences between the relative gain of the main lobe and the relative gains of the sidelobes are maintained greater than 10 dB for a bandwidth centered on the frequency f0 corresponding to the target wavelength ⁇ 0, the terminals corresponding to the frequencies associated with a wavelength equal to the target wavelength ⁇ 0 +/- 5%.
  • f0 is equal to 30 GHz, and the bandwidth is equal to [28.5 GHz; 31.5 GHz].
  • the minimum deviations are kept higher than 20 dB.
  • one of the advantages of the deflection system according to the invention is the manufacture of the diffractive components C1 and C2, which can be easily performed at low cost because of their size.
  • molding production, and thus in one step, is possible.
  • 3D printing is also a possible manufacturing technique.
  • Another aspect of the invention relates to an antenna comprising a deflection system according to the invention.
  • the antenna comprises a microwave source S disposed substantially at the focus of a dielectric lens L so as to generate a collimated beam, and a deflection system according to the invention.
  • the dielectric lens L is also manufactured from sub- ⁇ microstructures, as described figure 14 .
  • the dielectric lens sub- ⁇ is manufactured on the face of the first component C1 opposite the microwave source, the network type function for the deflector according to the invention being formed on the other side, as illustrated. figure 15 .
  • the antenna comprises a microwave waveguide capable of generating a collimated beam, and a deflection system according to the invention.

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne le traitement des ondes hyperfréquence, et en particulier la déflexion d'un faisceau hyperfréquence. Plus précisément, l'invention concerne un système de déflexion configurable.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • L'invention s'applique pour le traitement d'un faisceau hyperfréquence, correspondant à des fréquences comprises entre 300 MHz et 300 GHZ, de longueur d'ondes typiques de 1 mm à 1m.
  • Plusieurs applications nécessitent de pouvoir commander la direction dans laquelle le faisceau est émis et/ou reçu. Cette propriété est dénommée le pointage.
  • Pour le pointage l'antenne doit être configurée pour émettre /recevoir une onde dans une direction de l'espace donnée. Par exemple aujourd'hui, dans le domaine des télécommunications, on est de plus en plus amené à devoir rediriger une antenne, suite à la remise à jour de la couverture du territoire. Par exemple, chaque retrait d'antenne est suivi d'un repositionnement des antennes avoisinantes. Par ailleurs, la couverture du territoire est en changement perpétuel car on cherche sans cesse à améliorer la couverture tout en optimisant les coûts donc en minimisant le nombre d'antennes. Il arrive également que certaines antennes doivent être supprimées ou déplacées, ce qui donne lieu à une réorientation des antennes avoisinantes. Il est donc important de disposer d'antenne dite « intelligente » et « remote », « intelligente » pour leur capacité à s'orienter pour couvrir des zones différentes dans l'espace et « remote » pour leur capacité à être commandables à distance à partir d'un central.
  • Pour le « tracking » ou poursuite, l'antenne doit être configurée pour suivre une cible, tel un satellite.
  • Pour le balayage, le faisceau doit éclairer une partie définie de l'espace ou scène pour l'analyser.
  • De plus, on cherche de plus en plus à obtenir des antennes compactes, de masse et d'encombrement réduits.
  • Différentes techniques connues permettent de réaliser une antenne agile. Une première solution est mécanique. Les inconvénients sont l'apport d'un système mécanique supplémentaire, en masse/volume (par rapport à la location d'un mât), une sphère d'encombrement importante, vue de l'extérieur, qui change de volume en fonction de son orientation, la fiabilité (surtout si l'on veut une antenne « remote »), les coûts d'entretien et de maintenance préventive.
  • Un autre type d'antennes dites « à balayage électronique » sont orientables électriquement. L'antenne est constituée de différents éléments rayonnants ou antennes élémentaires montées en réseau et à chacune desquelles est associé un déphaseur. Ces déphaseurs permettent d'injecter des phases différentes de manière à générer une déflexion du faisceau.
  • Cependant cette solution présente les inconvénients suivants
    • Un système complexe : il faut un déphaseur par antenne élémentaire et une commande par déphaseur, d'où une alimentation associée. De plus, il y a en général plusieurs fils par déphaseur élémentaire ce qui nécessite une bonne gestion des câbles. Pour faciliter cette gestion de câbles, les fils sont souvent intégrés dans des circuits imprimés pour faciliter la « gestion » des câbles;
    • Les déphaseurs ont dans certains cas du mal à supporter la puissance d'où une limitation en puissance,
    • La présence des déphaseurs nécessite la prise en compte des effets de la puissance et de la température, donc nécessite l'ajout de système de refroidissement pour extraire l'énergie,
    • Cette technologie est onéreuse,
    • Cette technologie implique une consommation électrique pour maintenir la commande, même lorsque l'antenne ne fonctionne pas.
  • Une autre solution est de reprendre le principe d'un balayage optique à base de prismes dénommé classiquement « diasporamètre ». Un tel dispositif appliqué aux ondes hyperfréquence est décrit par exemple dans le document FR 2570886 ou équivalent européen EP0179687 . La figure 1 décrit le principe de fonctionnement d'un tel déflecteur.
  • Une antenne émet un rayonnement vers deux prismes disposés « dos à dos », en rotation l'un par rapport à l'autre suivant un axe ZZ' perpendiculaire à la surface d'émission, et de manière indépendante. Au passage d'un prisme, le rayonnement incident est dévié dans une direction donnée, fonction de l'indice du matériau ou des matériaux constituant le prisme et de son angle au sommet. L'angle de déflexion total θ apporté par l'ensemble des deux prismes dépend des angles de rotation des deux prismes.. Un inconvénient de ce système pour son application en hyperfréquence est l'encombrement du déflecteur résultant de l'épaisseur des prismes.
  • Le document FR 2945674 divulgue l'utilisation de disques d'épaisseur constante, d'indice de réfraction croissant linéairement d'une extrémité à l'autre extrémité du disque pour obtenir la déflexion de l'onde électromagnétique traversant le disque. Cette solution permet d'avoir deux composants à face plane et donc éviter des effets de balourd. Cependant d'un point de vue encombrement cette solution offre un encombrement lié à l'épaisseur semblable à celui d'un prisme plein pour une déflexion équivalente. De plus, de même qu'avec des prismes pleins, plus le diamètre (ou l'ouverture) du système de déflexion est grand, plus le diamètre des composants sera grand, ce qui entrainera une augmentation de leur épaisseur (à matériau fixé) pour obtenir la déviation désirée, résultant en un composant d'autant plus encombrant.
  • Le document FR 2570886 décrit également l'utilisation de structures sur les faces des prismes, pour réaliser une couche d'adaptation réalisant une fonction antireflet.
  • Les documents FR 2570886 et FR 2945674 décrivent également la possibilité de remplacer le prisme par un réseau de diffraction en échelettes, dénommé « prisme zoné ». L'épaisseur du prisme est réduite par la création de zones pour lesquelles le déphasage différentiel entre le matériau constituant le prisme, un matériau diélectrique à fort indice de réfraction (supérieur à l'indice de l'air), et l'air, est égal à 2π entre chaque zone. La hauteur h de l'échelette est donnée par la formule : h = λ 0 / n − 1
    Figure imgb0001
  • Avec λ0 longueur d'onde de conception du dispositif, typiquement égal à la longueur d'onde du faisceau hyperfréquence incident et n indice du matériau. A titre d'exemple, un réseau en échelette réalisé en matériau Rexolite d'indice 1.59 présente une hauteur h d'environ 17 mm pour λ0 = 10 mm. La période P du réseau détermine l'angle selon lequel s'opère la diffraction du réseau. Pour un faisceau incident Finc en incidence normale sur un réseau en échelette de période P, l'angle de diffraction θp que fait le faisceau diffracté au premier ordre dénommé faisceau diffracté principal F0 avec la normale au réseau, est déterminé par loi des réseaux bien connue pour un réseau illuminé en incidence normale depuis l'air: sinΘp = λ 0 / P
    Figure imgb0002
  • Typiquement, à λ0=10mm pour une déviation de 30°, il suffit d'ajuster la période du réseau à P=20mm.
  • Le composant présente ainsi un encombrement plus faible que le prisme. De plus l'épaisseur du composant ne dépend plus de la taille du système (diamètre ou ouverture du système), ce qui est un avantage majeur lorsque l'ouverture du système est grande.
  • L'efficacité de diffraction ou rendement de diffraction η du réseau est défini par la formule : η = I 0 / Ii
    Figure imgb0003
     Ii et 10 correspondant respectivement à l'intensité du faisceau incident Finc et du faisceau diffracté principal F0.
  • En termes d'efficacité de diffraction, cette solution convient lorsque l'angle de déviation total est inférieur à environ 10°, soit un angle de 5° par réseau. Cependant, lorsqu'une plus forte déviation est requise, par exemple au moins égale à +/- 20°, cette solution n'est plus adaptée car elle induit des pertes croissantes avec l'angle de diffraction, du fait de l'effet d'ombrage. L'effet d'ombre ou de masquage est illustré sur la figure 2 par un tracé de rayon. La partie du faisceau incident Finc correspondant à la zone 21 n'est pas diffractée dans la direction θp du faisceau diffracté principal F0, et une partie 22 du faisceau diffracté est perdue, induisant une perte.
  • De plus, lorsque l'angle du faisceau diffracté au premier ordre augmente, ce qui correspond à une période P du réseau qui diminue, l'énergie diffractée dans les autres ordres du réseau ou ordres secondaires augmente, induisant également une perte sur l'efficacité de diffraction du réseau, et donc sur l'intensité du faisceau hyperfréquence défléchit.
    • BUT DE L'INVENTION
  • L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un système de déflexion compact et léger, permettant d'obtenir de forts angles de déflexion, une efficacité élevée sur l'ordre de diffraction principal correspondant à la direction principale de la déflexion, et une forte atténuation des autres ordres de diffractions.
    • DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de déflexion configurable d'un faisceau hyperfréquence incident présentant une longueur d'onde comprise dans une plage de longueurs d'onde correspondant aux hyperfréquences comprenant :
    • un premier et un deuxième composants diélectrique diffractif aptes à effectuer chacun une rotation autour d'un axe de rotation Z,
    • le système de déflexion étant apte à générer un faisceau hyperfréquence par diffraction du faisceau hyperfréquence incident sur les premier et deuxième composants, le faisceau hyperfréquence étant orienté selon un angle fonction du positionnement angulaire entre le premier et le deuxième composants diffractifs,
    • les premier et deuxième composant présentant respectivement une première et deuxième structure périodique de première et deuxième période selon un premier et deuxième axe, les première et deuxième structures comprenant respectivement une pluralité de premières et deuxièmes microstructures primaires formées respectivement sur un premier et un deuxième substrat de premier indice et deuxième indice de réfraction substrat,
    • les premières et deuxièmes microstructures primaires présentant respectivement au moins une première et une deuxième taille primaires inférieures au rapport entre une longueur d'onde cible choisie dans la plage et respectivement le premier et deuxième indice de réfraction substrat,
    • les premières et deuxièmes microstructures primaires étant agencées de manière à former un matériau artificiel présentant respectivement une première variation d'un premier indice de réfraction effectif et une deuxième variation d'un deuxième indice de réfraction effectif suivant respectivement lesdites première et deuxième périodes.
  • Avantageusement, les microstructures primaires sont formées dans le corps des premier et deuxième substrats.
  • Avantageusement, les premières microstructures primaires présentent une forme de pilier et / ou une forme de trou.
  • Avantageusement, les deuxièmes microstructures primaires présentent une forme de pilier et / ou une forme de trou.
  • Avantageusement, les microstructures primaires présentent une section hexagonale, circulaire ou carrée.
  • Selon un mode de réalisation, au moins une des périodes est échantillonnée selon une période d'échantillonnage définissant des intervalles d'échantillonnage, les microstructures primaires étant agencées à l'intérieur de chaque intervalle de manière à correspondre à une valeur donnée d'indice effectif dans l'intervalle.
  • Selon un mode de réalisation, les première et/ou deuxième microstructures primaires présentent respectivement une pluralité de première et/ou de deuxième tailles primaires variables le long respectivement de la première période et/ou de la deuxième période.
  • Avantageusement, une microstructure primaire au plus est disposée par intervalle d'échantillonnage.
  • Selon un mode de réalisation les première et/ou deuxième microstructures primaires présentent respectivement une première et/ou une deuxième taille principale donnée et une densité par unité de surface variable le long respectivement de la première et de la deuxième période.
  • Selon un mode de réalisation le système selon l'invention comprend en outre au moins une pluralité de microstructures secondaires de tailles secondaires inférieures aux tailles primaires.
  • Avantageusement une microstructure secondaire au plus est disposée par intervalle d'échantillonnage.
  • Avantageusement, le premier composant et/ou le deuxième composant est perpendiculaire à l'axe de rotation Z.
  • Avantageusement, la première période est inférieure ou égale à la deuxième période.
  • Avantageusement, le faisceau incident est un faisceau collimaté.
  • Selon un mode de réalisation, le faisceau hyperfréquence généré comprend un faisceau principal défléchi de gain relatif du lobe principal et une pluralité de faisceaux diffractés parasites de gains relatifs des lobes parasites, et les première et deuxième variations respectivement des premier et deuxième indices effectifs sont adaptées pour que chacun des écarts entre le gain relatif du lobe principal et un des gains relatifs des lobes parasites soit supérieur ou égal à 10 dB lorsque le faisceau hyperfréquence incident présente une longueur d'onde égale à ladite longueur d'onde cible.
  • Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, une antenne comprenant une source hyperfréquence disposée sensiblement au foyer d'une lentille diélectrique de manière à générer un faisceau collimaté et un système de déflexion selon l'un des aspects de l'invention. Avantageusement, la lentille diélectrique est fabriquée à partir de microstructures présentant une taille inférieure au rapport entre une longueur d'onde cible choisie dans la plage et respectivement le premier et deuxième indice de réfraction substrat.
  • Avantageusement, la lentille diélectrique est fabriquée sur une face du premier composant en regard de la source hyperfréquence, la première structure du premier composant étant réalisée sur l'autre face.
  • Selon un mode de réalisation, l'antenne selon l'invention comprend un guide d'onde hyperfréquence apte à générer un faisceau collimaté et un système de déflexion selon l'un des aspects de l'invention.
  • D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatifs et sur lesquels :
    • la figure 1 déjà citée illustre le principe du diasporamètre appliqué à une onde hyperfréquence.
    • la figure 2 déjà citée illustre l'effet d'ombrage induit par un réseau en échelette aux forts angles de diffraction.
    • la figure 3 illustre un exemple de système de déflexion selon l'invention.
    • la figure 4 décrit un exemple de composant diffractif selon l'invention
    • la figure 5 illustre la notion d'indice effectif pour l'exemple décrit figure 4.
    • la figure 6 décrit un autre exemple de composant diffractif selon l'invention
    • la figure 7 illustre la notion d'indice effectif pour l'exemple décrit figure 6.
    • la figure 8 décrit plusieurs variantes (figure 8a, 8b et 8c) du mode de réalisation d'un composant diffractif selon l'invention comprenant des microstructures secondaires.
    • la figure 9 décrit une autre variante du mode de réalisation comprenant des microstructures secondaires
    • la figure 10 illustre schématiquement la variation d'indice effective obtenue avec les microstructures décrites figure 9.
    • la figure 11 illustre le comportement comparé, par simulation numérique, de trois systèmes de déflexion.
    • la figure 12 décrit la phase induite par les trois systèmes de déflexion illustrés figure 11
    • la figure 13 illustre le comportement comparé de trois système de déflexion selon l'invention.
    • la figure 14 illustre une variante d'antenne comprenant un système de déflexion selon l'invention
    • la figure 15 décrit une autre variante d'antenne comprenant un système de déflexion selon l'invention
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • La figure 3 représente un exemple de système de déflexion 1 d'un faisceau hyperfréquence incident Finc selon l'invention. Le faisceau incident Finc présente une longueur d'onde comprise dans une plage de longueurs d'onde correspondant aux hyperfréquences, typiquement une longueur d'onde comprise entre 1 mm et 1 m.
  • Le système de déflexion 1 comprend au moins deux composants diélectriques diffractifs, un premier composant diélectrique diffractif C1 et un deuxième composant diélectrique diffractif C2. Les composants C1 et C2 sont aptes à effectuer chacun, et de manière indépendante, une rotation autour d'un axe Z.
  • Le système de déflexion 1 est apte à générer un faisceau hyperfréquence F à partir du faisceau hyperfréquence incident Finc. Les composants C1 et C2 sont des réseaux diffractifs aptes à diffracter un faisceau. Le composant C1 éclairé par le faisceau incident Finc diffracte un premier faisceau, ce faisceau étant ensuite lui-même diffracté par le deuxième composant C2, générant le faisceau F du système 1.
  • Le faisceau F est orienté selon un angle fonction du positionnement angulaire entre le premier composant diffractif C1 et le deuxième composant diffractif C2 selon le principe du diasporamètre.
  • Le premier composant diélectrique diffractif C1 présente une première structure périodique de première période P1 le long d'un axe X1. La première structure comprend une pluralité de premières microstructures primaires MS1p formées sur un premier substrat S1 présentant un premier indice de réfraction substrat n1 s.
  • Les premières structures MS1p présentent au moins une première taille primaire d1p inférieure au rapport entre une longueur d'onde cible λ0 et l'indice du substrat n1s. La longueur d'onde cible λ0 est choisie dans la plage de longueurs d'ondes correspondant aux ondes hyperfréquences, soit une longueur d'onde typiquement entre 1 mm et 1 m. d 1 p < λ 0 / n 1 s
    Figure imgb0004
  • Les structures MS1p sont des structures dénommées sub-longueur d'onde ou sub-λ, du fait de leur taille inférieure à la longueur d'onde du faisceau incident sur le composant.
  • Les microstructures sub-λ forment un matériau artificiel présentant un premier indice effectif n1eff. L'agencement des microstructures MS1p dans une période est tel qu'elles forment un matériau artificiel présentant une première variation de l'indice effectif n1eff.
  • Les caractéristiques du deuxième composant C2 sont de même nature, mais ne sont pas nécessairement égales.
  • Le deuxième composant C2 présente une deuxième structure périodique de deuxième période P2 le long d'un axe X2. La deuxième structure comprend une pluralité de deuxièmes microstructures primaires MS2p formées dans un deuxième substrat S2 présentant un deuxième indice de réfraction substrat n2s. Les microstructures MS2p sont également des structures de type sub-λ. d 2 p < λ 0 / n 2 s
    Figure imgb0005
  • L'agencement des microstructures MS2p dans une période P2 est tel qu'elles forment un matériau artificiel présentant une deuxième variation de l'indice effectif n2eff.
  • Des avantages majeurs du système de déflexion 1 selon l'invention sont ceux d'une antenne à balayage électronique c'est-à-dire un système compact et maintenant un même volume, vu de l'extérieur, quelle que soit l'orientation du faisceau rayonné, mais avec les avantages d'un système mécanique, c'est-à-dire une consommation électrique amoindrie puisque la commande n'a pas besoin d'être maintenue lorsque l'antenne reste inerte, un système plus simple (sans déphaseur ni fil ni amplificateur) et sans gestion de refroidissement.
  • Les faibles dimensions des microstructures primaires MS1p et MS2p, dénommées microstructures sub-longueur d'onde ou microstructures sub- λ permettent de supprimer l'effet d'ombrage obtenu par un diasporamètre réalisé avec des réseaux en échelette.
  • De plus, le système de déflexion 1 selon l'invention du faisceau incident Finc est peu encombrant et léger, et la répartition de l'énergie du faisceau diffracté F dans l'espace est déterminée par la valeur des périodes P1 et P2 et par la variation des indices effectifs n1eff et n2eff au sein des périodes P1 et P2. Cette répartition peut ainsi être optimisée.
  • L'indice effectif n1eff varie selon la période P1 en fonction d'une abscisse x n1eff(x), entre une première valeur minimale n1min et une première valeur maximale n1max, avec n1 min<n1 max. Le réseau étant en contact avec l'air, n1 min est supérieur ou égal à 1.
  • L'indice effectif n2eff varie selon la période P2 en fonction d'une abscisse x n2eff(x) entre une deuxième valeur minimale n2min et une deuxième valeur maximale n2max, avec n2min<n2max. Le réseau étant en contact avec l'air, n2min est supérieur ou égal à 1.
  • Selon une variante préférée du système selon l'invention, les microstructures sub- λ MS1p et MS2p sont formées dans le corps de leur substrat respectif S1 et S2. Les microstructures sont ainsi plus faciles à fabriquer, la technique de fabrication étant par exemple l'usinage mécanique ou laser du substrat, le moulage, le frittage ou l'impression 3D. Selon cette variante les valeurs de n1 max et de n2max ne peuvent pas dépasser la valeur d'indice du substrat correspondant, ainsi : 1 < n 1 min < n 1 max < n 1 s et 1 < n 2 min < n 2 max < n 2 s
    Figure imgb0006
  • Comme illustré sur la figure 3, le faisceau F généré par le système 1 comprend plusieurs faisceaux :
    • un faisceau principal F0 correspondant au faisceau défléchi dont on cherche à maximiser l'énergie,
    • une pluralité de faisceaux Fd diffractés dans des directions autres que la direction du faisceau principal, qui sont des faisceaux « parasites » dont on cherche à minimiser l'énergie.
  • Les faisceaux diffractés parasites peuvent être indicés par un indice i correspondant à l'ordre auquel ils correspondent, et dénommés Fd(i) avec i≠ 1. L'ensemble de ces faisceaux parasites est dénommé globalement Fd, ainsi : F = F 0 + Fd
    Figure imgb0007
  • Le faisceau principal F0 concentre une partie importante de l'énergie diffractée et correspond au faisceau défléchi par le système 1. Ainsi le système de déflection 1 est apte à générer un faisceau défléchi dans une pluralité d'orientations du fait des rotations des composants C1 et C2, rendant le système configurable en angle de déflexion.
  • Les faisceaux diffractés parasites Fd comprennent par exemple le faisceau diffracté dans l'ordre -1 (Fd(-1)), le faisceau diffracté dans l'ordre 0 (Fd(0), les faisceaux diffractés dans les ordres supérieurs Fd(-2), Fd(-3) ...
  • Comme il sera décrit plus loin, les structures sub-λ permettent une grande flexibilité sur le design de la variation de l'indice effectif dans une période. Cette flexibilité permet d'optimiser la forme et l'agencement des structures sub-λ MS1 p et MS2p pour obtenir une variation des indices effectifs n1eff et n2eff respectivement sur une période P1 et P2 de sorte que l'énergie rayonnée dans le faisceau défléchi principal F0 d'intensité I0 est favorisée, et l'énergie diffractée dans les faisceaux diffractés parasites Fd(i) d'intensité Id(i) est minimisée.
  • Plus précisément, la variation de l'indice effectif induit une variation de phase sur le faisceau incident sur le composant. La structure périodique de la variation d'indice (période P) effectif induit une structure périodique de variation de phase.
  • Avantageusement, la variation de phase induite par la variation d'indice effectif sur une période P est sensiblement égale à 2π (à 10% près) entre une extrémité de la période et l'autre extrémité de cette même période.
  • Sur une période, l'utilisation de microstructures sub-λ permet ainsi de réaliser une loi de phase optimisée pour que l'énergie rayonnée dans le faisceau défléchi principal soit favorisée, et l'énergie diffractée dans les faisceaux diffractés parasites soit minimisée. L'optimisation s'effectue sur le système complet comprenant au moins deux composants diélectrique diffractifs. Ainsi, la période et la loi de phase sur une période n'est pas nécessairement identique pour le premier composant C1 et le deuxième composant C2. Avantageusement la loi de phase, et donc la variation d'indice effectif, sur une période est quasi monotone. Selon un mode de réalisation décrit plus loin la loi de phase, et donc la variation d'indice effectif, sur une période est constante par sous-intervalles, c'est-à-dire variable par paliers.
  • Les microstructures primaires sont agencées selon différentes variantes. Ces variantes sont applicables au premier composant diélectrique diffractif C1 et au deuxième composant diélectrique diffractif C2 de manière indépendante. De manière générale, les microstructures primaires MSp sont agencées selon une périodicité P le long d'un axe X.
  • Les microstructures sont formées dans un matériau diélectrique soit en saillie, sous forme de piliers, soit en creux, sous forme de trous. Une combinaison de trous et de piliers est également possible.
  • Dans le cas où les microstructures sont formées dans le corps d'un substrat S, les piliers et/ou les trous sont réalisés directement dans le substrat par exemple par les méthodes de fabrication décrites précédemment.
  • Les microstructures sont de forme quelconque, préférentiellement avec des axes de symétrie pour les rendre indépendantes de la polarisation du faisceau incident en incidence normale, ce qui permet un comportement du système de déflexion selon l'invention peu sensible à la polarisation. Avantageusement, les microstructures selon l'invention ont une section carrée, hexagonale ou circulaire, ou une combinaison de différentes géométries.
  • Avantageusement en variante la période P du réseau (P1 et/ou P2) est échantillonnée selon une période d'échantillonnage Pe (P1e et/ou P2e) inférieure à P (P1 et/ou P2) divisant la période P et définissant des intervalles d'échantillonnage Ii indicés par un indice i. Les microstructures primaires (MS1p, MS2p) sont agencées à l'intérieur de chaque intervalle Ii de dimension Pe de manière à correspondre à une valeur donnée d'indice effectif neff(i) dans ledit intervalle.
  • La variation d'indice effectiff neff (n1eff et/ou n2eff) selon la période P est ainsi échantillonnée selon une période Pe. Préférentiellement, la période d'échantillonnage Pe est choisie supérieure ou égale à λo/10.ns.
  • Dans ce cas, la loi de phase synthétisée avec les microstructures permet de réaliser une loi de phase discontinue par paliers ou sauts, chaque saut correspondant à une valeur donnée de phase et donc à une valeur donnée d'indice effectif.
  • A titre d'illustration de cette variante, la figure 4 décrit un réseau diélectrique diffractif C selon l'invention pouvant correspondre à C1 ou à C2, composé de microstructures primaires MSp en pilier réparties périodiquement selon une période Pe, leur taille primaire dp étant variable le long de la période P. C'est la variation de leur taille qui permet la variation de l'indice effectif neff selon la période P. La figure 4a correspond à une vue de profil, la figure 4b à une vue du dessus du composant C.
  • Dans l'exemple non limitatif de la figure 4, une microstructure primaire MSp au plus (MS1p et/ou MS2p) est disposée par intervalle d'échantillonnage Ii. Dans l'exemple, la dimension de la microstructure dp (dp1 et/ou dp2) varie d'un intervalle à l'autre. L'intervalle sans microstructure équivaut à un indice effectif égal à l'indice de réfraction de l'air.
  • La figure 5 illustre la notion d'indice effectif pour la variante décrite figure 4 et donne un exemple de courbe de calibration pour déterminer la dimension du pilier correspondant à une valeur d'indice effectif choisie. La figure 5 représente la variation de l'indice effectif neff en fonction du taux de remplissage surfacique des microstructures, qui varie entre 0 et 1. Le graphe correspond à des piliers de période Pe = 2.4 mm, fabriqués dans un matériau diélectrique substrat S d'indice substrat ns = 2.54. La longueur d'onde cible λ0 est de 7.14 mm, correspondant à une fréquence de 42 GHz. La période Pe est dans cet exemple égale à 0.336x λ0.
  • Les points P1 à P5 représentés figure 5 correspondent en abscisse à cinq valeurs de taille de microstructures, et donc à cinq valeurs différentes de taux de remplissage surfacique. Le taux de remplissage surfacique est représenté schématiquement par une vue de dessus de chaque pilier à section carrée 38 centré par unité de surface 40. La zone 38 représente le matériau diélectrique composant le pilier, la zone 42 correspond à l'air, soit la zone laissée vide autour des piliers. En ordonnée on peut lire la valeur de l'indice effectif correspondant à chaque cas.
  • A titre d'exemple :
    • pour le point P1, le côté D0 de la section carré de chaque pilier est 0.179x λ0 soit 1.28 mm, auquel correspond un indice effectif de 1.34.
    • pour le point P5, le côté D0 de la section carré de chaque pilier est 0.322x λ0 soit 2.3 mm, auquel correspond un indice effectif de 2.28.
  • Aux limites, l'absence de pilier correspond à un indice effectif égal à l'indice de l'air 1 et un recouvrement complet de la surface par les microstructures correspond à la valeur de l'indice du substrat 2.54.
  • On constate sur la figure 5 que la valeur de l'indice effectif est fonction du taux de remplissage surfacique. Ainsi, en jouant sur la taille des microstructures, les microstructures ayant une pluralité de tailles variables le long de la période P, un profil d'indice effectif quelconque est généré compris entre 1 et la valeur de l'indice du substrat ns, échantillonné par le nombre de piliers sur la période. Sur l'exemple de la figure 4, il y a 7 piliers par période, plus un vide, 7 valeurs d'indice effectif peuvent être obtenues, en plus de la valeur limite 1. Le même type de comportement est obtenu avec des trous.
  • Selon une deuxième variante décrite figure 6, un réseau diélectrique diffractif C est composé de microstructures en pilier MSp' de taille constante d', et de densité par unité de surface variable le long de la période P. C'est la variation de leur densité qui permet la variation de l'indice effectif neff selon la période P. Le procédé de fabrication du composant est ainsi facilité. La figure 6a correspond à une vue de profil, la figure 6b à une vue de face du composant C.
  • La figure 7 illustre la notion d'indice effectif pour la variante décrite figure 6 et donne un exemple de courbe de calibration pour déterminer la densité par unité de surface de piliers ou de trous correspondant à une valeur d'indice effectif choisie. La figure 7 représente la variation de l'indice effectif neff en fonction du taux de remplissage surfacique des microstructures, qui varie entre 0 et 1.
  • Le graphe 71 correspond à des piliers de dimension d' = 0.2 mm, fabriqués dans un matériau diélectrique substrat S d'indice substrat ns = 2.54. Le graphe 72 correspond à des trous de même dimension. Les zones blanches correspondent à l'air, les zones hachurées à la présence de matériau. Les différentes densités surfaciques sont décrites schématiquement à différents points sur les courbes.
  • On constate sur la figure 7 que la valeur de l'indice effectif est fonction du taux de remplissage surfacique.
  • Afin d'obtenir un composant aisé à fabriquer, on cherche globalement à minimiser la hauteur des microstructures.
  • Dans une variante, on combine les deux géométries, à savoir piliers et trous, afin de diminuer la hauteur des microstructures.
  • Avantageusement, dans un mode de réalisation, le composant C (C1 et/ou C2) comprend en outre au moins une pluralité des microstructures secondaires MSs (MS1 s et/ou MS2s) de taille secondaire ds (d1s et/ou d2s) inférieure à la taille D0 (d1p et/ou d2p) des microstructures primaires correspondantes MSp. Les microstructures secondaires sont disposées selon une deuxième couche sur la première couche des structures primaires MSp (MS1 p et /ou MS2p).
  • Les microstructures secondaires sont préférentiellement des piliers ou des trous ou une combinaison des deux, et ont préférentiellement des formes telles que des carrés, des hexagones ou des cercles.
  • L'utilisation de microstructures secondaires permet d'ajuster plus finement la valeur de l'indice effectif souhaitée de manière à réduire l'énergie diffractée par le système 1 dans les ordres parasites autres que celui du faisceau principal et de réaliser une couche d'adaptation d'impédance (couche antireflet).
  • La figure 8 illustre plusieurs variantes (figure 8a, 8b et 8c) du mode de réalisation comprenant des microstructures secondaires. Le composant C (C1 ou C2) comprend des microstructures primaires MSp de taille variable en forme de pilier selon une première couche, et des microstructures secondaires MSs également en forme de pilier disposées en saillie selon une deuxième couche.
  • Selon ces variantes, les piliers secondaires de taille ds, donnée (8a et 8c) ou variable (8b), sont situés sur les piliers primaires (8a, 8b, 8c) et/ou entre ceux-ci (8a).
  • Dans ces variantes, les microstructures secondaires sont disposées de manière périodique selon une période inférieure (8a et 8c) ou égale (8b) à la période P des microstructures primaires.
  • La figure 9 illustre une autre variante du mode de réalisation comprenant des microstructures secondaires. La figure 9a est la vue de profil et la figure 9b est la vue de dessus du composant C (C1 et/ou C2).
  • Le composant C (C1 et/ou C2) comprend des microstructures primaires MSp (MS1 p et/ou MS2p) de taille variable dp (d1p et/ou d2p) le long de la période P (P1 et/ou P2), tel que décrit figure 4, en forme de pilier carré. La période P est échantillonnée selon une période d'échantillonnage Pe (P1 e et/ou P2e), et on a au plus une structure primaire par intervalle Ii.
  • Le composant C (C1 et/ou C2) comprend également des microstructures secondaires MSs (MS1 s et/ou MS2s) en forme de trous carrés, de taille variable ds (d1s et/ou d2s).
  • Selon une variante illustrée figure 9, une microstructure secondaire au plus est disposée par intervalle d'échantillonnage Ii. Dans le second exemple illustré figure 9, une microstructure primaire en forme de pilier carré est trouée par une microstructure secondaire en forme de trou de section carrée. Avantageusement les microstructures secondaires sont centrées sur la microstructure primaire correspondante disposée dans le même intervalle d'échantillonnage.
  • La figure 10 illustre schématiquement la variation d'indice effective neff(i) obtenue avec les microstructures décrites figure 9. La période P est divisée en 9 intervalles (i=1 à 9) selon une période d'échantillonnage Pe, et une valeur d'indice effectif neff(i) donnée est générée pour chaque intervalle.
  • Avantageusement, pour simplifier la structure, le plan X1Y1 du composant C1 et/ou le plan X2Y2 du composant C2 est /sont perpendiculaires à l'axe de rotation Z.
  • Avantageusement l'angle de diffraction de l'ordre principal du système de déflexion 1 est supérieur ou égal à 60° en valeur absolue, afin d'obtenir une amplitude de déflexion totale comprise dans un cône d'au moins 120°. Typiquement, chaque composant C1 et C2 a un angle de diffraction du faisceau principal supérieur ou égal à 25°, ce qui conduit à des périodes P1 et P2 de respectivement C1 et C2 inférieures ou égales à 24 mm pour une longueur d'onde cible λ0= 10 mm.
  • Selon une variante, la première période P1 et la deuxième période P2 sont identiques, P1 = P2. Les calculs sont alors simplifiés.
  • Selon une autre variante, les périodes P1 et P2 ont des valeurs distinctes, avec P1<P2, pour une optimisation plus fine du système de déflexion 1. Lorsque le composant P1 est éclairé par le faisceau incident en incidence normale, le composant C2 est éclairé par le faisceau diffracté par le composant C1, selon un angle d'incidence supérieur à 0°. Ainsi, afin d'optimiser le système, la période P2 du composant C2 est supérieure à la période P1 du composant C1.
  • Avantageusement le faisceau incident Finc est un faisceau collimaté pour un meilleur fonctionnement du système de déflexion selon l'invention. Avantageusement, le faisceau incident Finc éclaire le premier composant C1 en incidence normale pour un meilleur fonctionnement du système de déflexion selon l'invention.
  • Nous allons maintenant présenter des exemples de simulations numériques des performances obtenues par des systèmes de déflexion selon l'invention, et en comparaison avec les performances obtenues par un système de déflexion selon l'état de la technique obtenu à l'aide de deux réseaux en échelette.
  • La figure 11 illustre le comportement comparé, par simulation numérique, de trois systèmes de déflexion par le tracé du gain relatif de l'antenne dépointée à son maximum de déviation en fonction de l'angle. Les trois systèmes de déflexion, présentant un angle de pointage à θd=64°, sont décrits ci-après :
    • un système de déflexion dénommé « échelette » composé de deux réseaux de type échelette identiques classiques. La phase ϕ induite par un réseau en échelette est illustrée figure 12a. L'indice du matériau est 1.59 et la hauteur de l'échelette est de 16.9 mm pour induire une variation de phase de 2π sur une période P.
    • un système de déflexion selon l'invention dénommé « pseudo échelette » composé de deux composants C1 et C2 identiques tels que décrits schématiquement figure 4, avec 9 intervalles d'échantillonnage.
  • La phase π induite par un réseau (C1 ou C2) selon l'invention « pseudo échelette » est illustrée figure 12b. L'indice du matériau est 3.4 et la hauteur des microstructures est de 4.2 mm.
  • Les valeurs d'indices effectifs neff(i) et de la hauteur de la microstructure sont calculées pour induire une variation de phase proche de 2π sur une période P selon une loi linéaire par palier.
  • Les côtés des piliers varient entre environ 0.8 mm et 2.5 mm de façon croissante, et la période d'échantillonnage Pe est égale à environ 2.5 mm
    • un système de déflexion selon l'invention dénommé « optimisé1 » composé de deux composants C1 et C2 identiques tels que décrit schématiquement figure 9, avec également 9 intervalles d'échantillonnage.
  • La phase ϕ induite par un réseau (C1 ou C2) « optimisé 1 » selon l'invention est illustrée figure 12c. L'indice du matériau est 3.4 et la hauteur du composant est de 10 mm environ.
  • Les valeurs d'indices effectifs neff(i) sont calculées pour induire une variation de phase proche de 2π sur une période P selon une loi non linéaire par palier.
  • Les côtés des piliers varient entre environ 1.8 mm et 2.5 mm de façon non linéaire, et la période d'échantillonnage Pe est égale à environ 2.5 mm. Ces piliers sont troués avec des trous carrés de côté variant entre 1.4 mm et 2.4 mm. L'agencement des structures est optimisé pour minimiser l'énergie diffractée dans les ordres de diffraction parasites.
  • Les plans des substrats des composants sont perpendiculaires à l'axe Z. Les axes X1 et X2 sont parallèles, il n'y a pas d'écart angulaire entre les deux composants C1 et C2.
  • Pour ces simulations, le faisceau incident Finc illumine le système de déflexion avec un angle égal à 0° en prenant l'axe Z comme axe de référence (incidence normale) et présente une longueur d'onde λ0 = 10 mm. On suppose également que les pertes ohmiques (caractérisées par une tangente de pertes) dans le matériau sont nulles.
  • Les périodes des réseaux sont toutes identiques, égale à P = P1 = P2 = 22.3mm, de sorte que le faisceau défléchi principal issu du système de déflexion a un angle de diffraction θp égal à environ 64°.
  • Le comportement des systèmes de déflexion décrits ci-dessus est simulé figure 11 en calculant la répartition angulaire de l'énergie I(θ) exprimée en dB, dénommée gain relatif D, selon la formule : D θ = 10 log l θ / li
    Figure imgb0008
     Ii est l'intensité du faisceau incident Finc.
  • La figure donne le gain relatif de l'antenne dans une configuration de déflexion maximale en fonction de l'angle θ, qui correspond à la direction d'observation dans le plan Oxz par rapport à l'axe Z (axe de rotation des composants).
  • Une courbe D(θ) fait apparaître :
    • le lobe principal L0 associé à l'énergie défléchie au voisinage de l'angle θd=64° correspondant à l'ordre principal (faisceau défléchi principal F0)
    • une pluralité de lobes associés à l'énergie diffractée au voisinage des angles de diffraction correspondants aux autres ordres (faisceaux diffractés parasites Fd(i)), dénommés lobes de réseaux Ld(i).
    • des lobes secondaires globalement dénommés Ls disposés de part et d'autre du lobe principal et des lobes de réseaux, et atténués par rapport au lobes autour duquel ils sont disposés.
  • La courbe 110 correspond à D(θ) pour le déflecteur constitué de réseaux en échelette classiques.
  • La courbe 111 correspond à D(θ) pour le déflecteur selon l'invention « pseudo échelette ».
  • La courbe 112 correspond à D(θ) pour le déflecteur selon l'invention « optimisé1 ».
  • Le rendement D0 est défini comme la valeur en dB du gain relatif du lobe principal L0, au minimum d'atténuation.
  • Le niveau d'un lobe parasite Dd(i) est défini comme la valeur en dB du gain relatif du lobe de réseau Ld(i), au minimum d'atténuation.
  • Plus particulièrement, Dd(0) correspond à la rejection dans l'axe principal mécanique.
  • On définit également un écart de niveau correspondant à un ordre parasite indicé i par la différence entre une valeur absolue du gain relatif Dd(i) et la valeur absolue du gain relatif du lobe principal D0: E i = Dd i − D 0
    Figure imgb0009
  • Cet écart relatif s'exprime en dBc (decibel relative to carrier) et correspond au niveau en dB relatif au lobe principal.
  • On constate sur la figure 11 que le déflecteur à échelette présente un gain relatif principal de -3 dB, le déflecteur à « pseudo échelette » présente un gain relatif principal de -3 dB et le déflecteur « optimisé 1 » un gain relatif principal de -2 dB.
  • Les lobes de réseau échelette sont importants et, soit pas soit à peine plus atténués que le lobe principal. Ces lobes sont gênants dans certaines applications et doivent être minimisés pour un bon fonctionnement du déflecteur. De manière générale on cherche à atténuer tous les lobes de réseaux.
  • Les systèmes de déflexion selon l'invention « pseudo échelette » et « optimisé 1 » présentent des lobes de réseau beaucoup plus atténués. Le tableau 1 synthétise les différents écarts de gain relatif. Tableau 1
    Rendement D0 (en dB) Réjection de l'axe principal Dd(0) (en dB) Niveaux des autres lobes de réseau Dd(i, i≠ 0) (en dB) Ecart minimum (en dBc)
    Echelette classique -3 -3 -3, -5 ;-6.5 0
    Pseudo échelette -3 -13.5 -13.5; -14 ;-19.5 10
    Optimisé1 -2 -15 -14; -17,-18.5 12
  • Ainsi, les déflecteurs selon l'invention permettent d'obtenir des écarts de gain relatif très nettement augmentés par rapport à l'état de la technique du déflecteur échelette.
  • Les écarts théoriques obtenus par simulation numérique sont supérieurs ou égaux à 10 dB.
  • Ainsi l'optimisation de la variation des indices effectifs neff selon la période P permet d'augmenter la valeur des écarts entre l'énergie rayonnée dans l'ordre principal (gain relatif principal), et l'énergie rayonnée dans les ordres de diffraction parasite (gain relatif parasite).
  • De manière plus générale, la simulation du comportement du système selon l'invention comprenant des microstructures sub-λ permet d'identifier des variations n1 eff(x) et n2eff(x) aboutissant à des performances du système de déflexion selon l'invention très supérieures à celles d'un système de déflexion obtenu avec des réseaux de type échelette classiques.
  • La figure 13 décrit sur la courbe 131 le gain relatif D(θ) d'un exemple de système de déflexion 1 selon l'invention « optimisé 2 » avec deux composants diffractifs C1 et C2 présentant la même période (P1 = P2), et des microstructures différentes pour C1 et C2 induisant une variation différente de n1 eff et n2eff.
  • La courbe 132 décrit le gain relatif D(θ) d'un exemple de système de déflexion 1 « optimisé 3 » selon l'invention avec deux composants diffractifs C1 et C2 présentant deux périodes différentes P1 et P2 et des microstructures différentes pour C1 et C2 induisant une variation différente de n1eff et n2eff. La courbe 112 correspond au système de déflexion « optimisé 1 » tel que décrit précédemment.
  • On constate que les écarts E sont supérieurs à 14 dB pour le système « optimisé 2 » et à 20 dB pour le système « optimisé 3 ».
  • Ainsi avantageusement le système de déflexion de l'invention génère un faisceau hyperfréquence F comprenant
    • un faisceau principal défléchi F0, de lobe principal L0 et de gain relatif du lobe principal D0,
    • et une pluralité de faisceaux diffractés parasites Fd, de lobes parasites Ld et de gains relatifs des lobes parasites Dd,
    dans lequel les première et deuxième variations respectivement des premier et deuxième indice effectif n1eff, n2eff, sont adaptées pour synthétiser une première et une deuxième loi de phase (chacune étant avantageusement monotone ou quasi monotone) permettant de contrôler le diagramme de rayonnement de l'antenne, et plus particulièrement pour maximiser le niveau du lobe principal L0 et minimiser les niveaux des lobes parasites Ld.
  • Avantageusement, chacun des écarts entre le gain relatif du lobe principal D0 et un des gains relatifs des lobes parasites Dd est supérieur ou égal à 10 dB lorsque le faisceau hyperfréquence incident Finc présente une longueur d'onde égale à la longueur d'onde cible λ0.
  • Avantageusement chacun des écarts entre le gain relatif du lobe principal D0 et un des gains relatifs des lobes parasites Dd est supérieur ou égal à 15 dB lorsque le faisceau hyperfréquence incident Finc présente une longueur d'onde égale à la longueur d'onde cible λ0.
  • Avantageusement, les écarts entre le gain relatif du lobe principal et les gains relatifs des lobes secondaires sont maintenus supérieurs à 10 dB pour une bande passante centrée sur la fréquence f0 correspondant à la longueur d'onde cible λ0, les bornes correspondant aux fréquences associées à une longueur d'onde égale à la longueur d'onde cible λ0 +/- 5 %.
  • Par exemple, pour λ0 égale à 10 mm, f0 est égale à 30 GHz, et la bande passante est égale à [28.5 GHz ; 31.5 GHz].
  • Le tableau ci-dessous donne les niveaux des différents lobes du système de déflexion selon l'invention « optimisé 3 » pour trois valeurs différentes de la longueur d'onde du faisceau incident Finc.
    Rendement D0 (en dB) Rejection de l'axe principal Dd(0) (en dB) Niveau des autres lobes de réseau Dd (i, i# 0) (en dB) Ecart minimum (en dB)
    10mm, -3 -45 -25, -25, -25.5 ; -25 ;-25.5 22
    10.5mm -3 -48 -24; -23 ; -23.5 ; -25 ; -25 20
    9.5mm -2.5 -45 -22.5 ; -22.5 ; - 26 ; -24, -24 20
  • Dans cet exemple, pour une variation de longueur d'onde de +/- 5%, les écarts minimums sont maintenus supérieurs à 20 dB.
  • D'une manière générale, un des avantages du système de déflexion selon l'invention est la fabrication des composants diffractifs C1 et C2, qui peut être effectuée aisément et à bas coût du fait de leur dimensionnement. Particulièrement, une fabrication par moulage, et donc en une seule étape, est possible. L'impression 3D est aussi une technique de fabrication possible.
  • Suivant le domaine de fréquence et la taille des antennes, il existe différents types de technologie de réalisation de composants C1 et C2 en fonction des matériaux.
  • Diverses techniques de fabrication sont possibles, comme par exemple :
    • l'usinage mécanique
    • le moulage
    • le frittage
    • les techniques d'empilement de céramique ou de circuits imprimés
    • l'usinage laser
    • l'impression ou prototypage 3D.
  • Ces techniques sont compatibles des matériaux utilisés dans le domaine des hyperfréquences.
  • Un autre aspect de l'invention concerne une antenne comprenant un système de déflexion selon l'invention.
  • Selon un mode de réalisation, l'antenne comprend une source hyperfréquence S disposée sensiblement au foyer d'une lentille diélectrique L de manière à générer un faisceau collimaté, et un système de déflexion selon l'invention.
  • Avantageusement la lentille diélectrique L est également fabriquée à partir de microstructures sub-λ, tel que décrit figure 14.
  • Avantageusement la lentille diélectrique sub-λ est fabriquée sur la face du premier composant C1 en regard de la source hyperfréquence, la fonction de type réseau pour le déflecteur selon l'invention étant réalisée sur l'autre face, tel qu'illustré figure 15.
  • Selon un autre mode de réalisation, l'antenne comprend un guide d'onde hyperfréquence apte à générer un faisceau collimaté, et un système de déflexion selon l'invention.

Claims (19)

  1. Système de déflexion (1) configurable d'un faisceau hyperfréquence incident (Finc) présentant une longueur d'onde comprise dans une plage de longueurs d'onde correspondant aux hyperfréquences comprenant :
    - un premier (C1) et un deuxième (C2) composant diélectrique diffractif aptes à effectuer chacun une rotation autour d'un axe de rotation Z,
    - ledit système de déflexion (1) étant apte à générer un faisceau hyperfréquence (F) par diffraction dudit faisceau hyperfréquence incident (Finc) sur lesdits premier et deuxième composants (C1, C2), ledit faisceau hyperfréquence (F) étant orienté selon un angle fonction du positionnement angulaire entre ledit premier (C1) et ledit deuxième (C2) composants diffractifs,
    caractérisé en ce que
    - lesdits premier et deuxième composant (C1,C2) présentant respectivement une première et deuxième structure périodique de première et deuxième période (P1, P2) selon un premier et deuxième axe (X1,X2), lesdites première et deuxième structures comprenant respectivement une pluralité de premières et deuxièmes microstructures primaires (MS1p, MS2p) formées respectivement sur un premier et un deuxième substrat (S1,S2) de premier indice et deuxième indice de réfraction substrat (n1s, n2s),
    - lesdites premières et deuxièmes microstructures primaires (MS1p, MS2p) présentant respectivement au moins une première et une deuxième taille primaires (d1p, d2p) inférieures au rapport entre une longueur d'onde cible (λ0) choisie dans ladite plage et respectivement ledit premier et deuxième indice de réfraction substrat (n1s, n2s),
    - lesdites premières et deuxièmes microstructures primaires (MS1p, MS2p) étant agencées de manière à former un matériau artificiel présentant respectivement une première variation d'un premier indice de réfraction effectif (n1eff) et une deuxième variation d'un deuxième indice de réfraction effectif (n2eff) suivant respectivement lesdites première et deuxième périodes (P1, P2).
  2. Système de déflexion selon la revendication 1 dans lequel lesdites microstructures primaires (MS1 p, MS2p) sont formées dans le corps desdits premier et deuxième substrats (S1, S2).
  3. Système de déflexion selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel lesdites premières microstructures primaires (MS1p) présentent une forme de pilier et / ou une forme de trou.
  4. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites deuxièmes microstructures primaires (MS2p) présentent une forme de pilier et / ou une forme de trou.
  5. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites microstructures primaires (MS1 p, MS2p) présentent une section hexagonale, circulaire ou carrée.
  6. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une desdites périodes (P1,P2) est échantillonnée selon une période d'échantillonnage (P1 e, P2e) définissant des intervalles d'échantillonnage, lesdites microstructures primaires (MS1p, MS2p) étant agencées à l'intérieur de chaque intervalle de manière à correspondre à une valeur donnée d'indice effectif dans ledit intervalle.
  7. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites première et/ou deuxième microstructures primaires (MS1p, MS2p) présentent respectivement une pluralité de première et/ou de deuxième tailles primaires (d1 p, d2p) variables le long respectivement de la première période (P1) et/ou de la deuxième période (P2).
  8. Système de déflexion selon les revendications 6 et 7 dans lequel une microstructure primaire au plus est disposée par intervalle d'échantillonnage.
  9. Système de déflexion selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel lesdites première et/ou deuxième microstructures primaires (MS1p, MS2p) présentent respectivement une première et/ou une deuxième taille principale (d1 p, d2p) donnée et une densité par unité de surface variable le long respectivement de la première et de la deuxième période (P1, P2).
  10. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une pluralité de microstructures secondaires (MS1s, MS2s) de tailles secondaires (d1s, d2s) inférieures auxdites tailles primaires (d1 p, d2p).
  11. Système de déflexion selon les revendications 8 et 10 dans lequel une microstructure secondaire au plus est disposée par intervalle d'échantillonnage.
  12. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier composant (C1) et/ou le deuxième composant (C2) est perpendiculaire audit axe de rotation Z.
  13. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite première période (P1) est inférieure ou égale à ladite deuxième période (P2).
  14. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit faisceau incident (Finc) est un faisceau collimaté.
  15. Système de déflexion selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit faisceau hyperfréquence généré (F) comprend un faisceau principal défléchi (F0) de gain relatif du lobe principal (D0) et une pluralité de faisceaux diffractés parasites (Fd) de gains relatifs des lobes parasites (Dd), et dans lequel lesdites première et deuxième variations respectivement desdits premier et deuxième indices effectifs (n1eff, n2eff) sont adaptées pour que chacun des écarts entre ledit gain relatif du lobe principal (D0) et un desdits gains relatifs desdits lobes parasites (Dd) soit supérieur ou égal à 10 dB lorsque ledit faisceau hyperfréquence incident (Finc) présente une longueur d'onde égale à ladite longueur d'onde cible (λ0).
  16. Antenne comprenant une source hyperfréquence disposée sensiblement au foyer d'une lentille diélectrique (L) de manière à générer un faisceau collimaté et un système de déflexion selon l'une des revendications 1 à 15
  17. Antenne selon la revendication 16 dans laquelle ladite lentille diélectrique (L) est fabriquée à partir de microstructures présentant une taille inférieure au rapport entre une longueur d'onde cible (λ0) choisie dans ladite plage et respectivement ledit premier et deuxième indice de réfraction substrat (n1s, n2s),
  18. Antenne selon la revendication 17 dans laquelle ladite lentille diélectrique (L) est fabriquée sur une face du premier composant (C1) en regard de ladite source hyperfréquence, ladite première structure du premier composant étant réalisée sur l'autre face.
  19. Antenne comprenant un guide d'onde hyperfréquence apte à générer un faisceau collimaté et un système de déflexion selon l'une des revendications 1 à 15.
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