EP4175068A1 - Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur - Google Patents

Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur Download PDF

Info

Publication number
EP4175068A1
EP4175068A1 EP22202095.0A EP22202095A EP4175068A1 EP 4175068 A1 EP4175068 A1 EP 4175068A1 EP 22202095 A EP22202095 A EP 22202095A EP 4175068 A1 EP4175068 A1 EP 4175068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive
antenna
change material
region
antenna element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22202095.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Samara Gharbieh
Antonio Clemente
Bruno Reig
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4175068A1 publication Critical patent/EP4175068A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
    • 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
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • This description relates generally to electronic devices.
  • the present application relates more particularly to the field of radio antennas with a transmitter array ("transmitarray antenna” in English) and radio antennas with a reflectarray (“reflectarray antenna” in English).
  • radio antennas called “transmitter network” are known in particular. These antennas generally comprise several elementary cells each comprising a first antenna element irradiated by an electromagnetic field emitted by one or more sources, a second antenna element transmitting a modified signal to the outside of the antenna and a coupling element between the first and second antenna elements.
  • antennas generally comprise several elementary cells each comprising an antenna element irradiated by an electromagnetic field emitted by one or more sources, a reflective element, for example a ground plane, reflecting a modified signal towards the outside of the antenna and a coupling element between the antenna element and the reflector element.
  • a reflective element for example a ground plane
  • the elementary cells of reflector array antennas reflect a radio signal in the direction of the source(s) irradiating their antenna element.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known transmitter array antennas and reflector array antennas.
  • An object of an embodiment is more particularly to allow electronic phase control in a frequency range comprised for example between 50 and 350 GHz, corresponding to millimeter wavelengths, and to have switches whose polarization causes reduced power consumption.
  • One embodiment provides a transmitter grating or reflector grating cell, comprising at least two switches made of phase change material.
  • said phase change material is a chalcogenide material.
  • each phase-change material switch comprises a region of said phase-change material located on and in contact with first and second separate conductive regions of a patch antenna.
  • each phase-change material switch further comprises an element electrically insulated heating region of said phase change material.
  • the phase change material switches form part of a first antenna element suitable for switching a radio frequency signal between at least two phase states.
  • the first antenna element comprises exactly two switches made of phase-change material and a conductive plane having an annular-shaped opening, electrically isolating a central region of the conductive plane from a peripheral region of the conductive plane, each phase change material switch connecting the central region to the peripheral region of the conductive plane.
  • the cell further comprises a second antenna element connected to the first antenna element by a central conductive via, a ground plane interposed between the first and second antenna elements and electrically isolated from the conductive via central, the ground plane being connected to the second antenna element by two lateral conductive vias.
  • One embodiment provides a transmitter network comprising a plurality of cells as described.
  • the first antenna element comprises exactly two switches made of phase-change material and a flat conductive frame inside which are located first and second separate conductive regions, one of the two switches connecting the second conductive region to the planar conductive frame and the other switch connecting the first and second conductive regions together.
  • the first conductive region is connected to the planar conductive frame by a delay line.
  • the cell further comprises a reflector element connected to the first antenna element by a central conductor via.
  • One embodiment provides a reflective array comprising a plurality of cells as described.
  • One embodiment provides an antenna comprising a transmitter grating as described or a reflector grating as described and at least one source configured to irradiate one face of the grating.
  • each primary source is adapted to produce a beam of generally conical shape irradiating all or part of the transmitter network or of the reflector network.
  • Each primary source comprises for example a horn antenna.
  • the central axis of each primary source is substantially orthogonal to the mean plane of the network.
  • FIG. 1 is a side view, schematic and partial, of an example of an antenna 100 with a transmitter array of the type to which the described embodiments apply, by way of example.
  • the antenna 100 typically comprises one or more primary sources 101 (a single source 101, in the example represented) irradiating a transmitter network 103.
  • the source 101 can have any polarization, for example linear or circular.
  • the network 103 comprises a plurality of elementary cells 105, for example arranged in a matrix along rows and columns. Each cell 105 typically comprises a first antenna element 105a, located on the side of a first face of the array 103 arranged facing the primary source 101, and a second antenna element 105b, located on the side of a second face network opposite the first face.
  • the second face of the grating 103 is for example turned towards a transmission medium of the antenna 100.
  • Each cell 105 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation on its first antenna element 105a and to re-emit this radiation from its second antenna element 105b, for example by introducing a known phase shift ⁇ .
  • each cell 105 is able to receive electromagnetic radiation on its second antenna element 105b and to re-emit this radiation from its first antenna element 105a, in the direction of the source 101, with the same phase shift ⁇ .
  • the radiation re-emitted by the first antenna element 105a is for example focused on the source 101.
  • the characteristics of the beam produced by the antenna 100 in particular its shape (or template) and its direction of maximum emission (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts respectively introduced by the different cells 105 of the network 103.
  • Transmitter array antennas have the advantages, among others, of having good energy efficiency and of being relatively simple, inexpensive and compact. This stems in particular from the fact that the transmitting networks can be produced using planar technology, generally on a printed circuit.
  • the transmitter network 103 is said to be reconfigurable when the elementary cells 105 are individually electronically controllable to modify their phase shift value ⁇ , which makes it possible to dynamically modify the characteristics of the beam generated by the antenna, and in particular to modify its pointing direction. without mechanically moving the antenna or part of the antenna by means of a motorized element.
  • FIG 2 is a perspective view, schematic and partial, of one of the elementary cells 105 of the transmitter network 103 of the antenna 100 of the figure 1 according to one embodiment.
  • the first antenna element 105a of the elementary cell 105 comprises a patch antenna 110 adapted to pick up the electromagnetic radiation emitted by the source 101 and the second element of antenna 105b comprises another patch antenna 112 adapted to emit, towards the outside of antenna 100, a phase-shifted signal.
  • the elementary cell 105 further comprises a ground plane 114 inserted between the patch antennas 110 and 112.
  • the antenna 110, the ground plane 114 and the antenna 112 are for example respectively formed in three successive metallization levels, superposed and separated from each other by dielectric layers, for example of quartz.
  • the ground plane 114 is separated from each of the antennas 110 and 112 by a thickness of dielectric material of the order of 200 ⁇ m.
  • a central conductor via 116 connects the antenna 110 to the antenna 112. More precisely, in the orientation of the picture 2 , the via 116 has a lower end in contact with an upper face of the antenna 110 and an upper end in contact with a lower face of the antenna 112.
  • the central conductor via 116 is electrically insulated from the ground plane 114.
  • the ground plane 114 has an orifice allowing the via 116 to cross the ground plane 114 without contacting it.
  • the central conductor via 116 has a diameter equal to around 80 ⁇ m.
  • each via 118 located on either side of the central conductive via 116, contact the antenna 110 at the ground plane 114. More precisely, in the orientation of the figure 2 , each via 118 has a lower end in contact with the upper face of the antenna 110 and an upper end in contact with a lower face of the ground plane 114.
  • FIG. 3 is a top view, schematic and partial, of the first antenna element 105a of the elementary cell 105 of the figure 2 .
  • FIG. 3 more precisely illustrates the patch antenna 110 of the elementary cell 105.
  • the patch antenna 110 comprises a conductive plane 120 of substantially square shape inside which is formed a slot 122, or groove, in the shape of a U.
  • the slot 122 is for example substantially centered with respect to to the conductive plane 120.
  • the central conductive via 116 contacts a zone of the conductive plane 120 located between the two branches of the U formed by the slot 122.
  • the via 116 is for example connected substantially to the center of the conductive plane 120.
  • each via 118 is for example connected to a zone of the conductive plane 120 located outside the U formed by the slot 122 and the along one vertical branches of the U.
  • the area of the conductive plane 120 where each lateral via 118 is connected is separated from the area of the conductive plane 120 where the central via 116 is connected by one of the vertical branches of the U formed by slot 122.
  • the square formed by the conductive plane 120 has a side of the order of 0.44 mm
  • the vertical branches and the horizontal branch of the U formed by the slot 122 each have a length of the order of 0.32 mm
  • the slot 122 has a width equal to approximately 50 ⁇ m.
  • FIG 4 is a top view, schematic and partial, of part of the elementary cell 105 of the figure 2 .
  • FIG 4 more precisely illustrates the ground plane 114 located between the first and second antenna elements 105a, 105b.
  • the ground plane 114 comprises a conductive plane 130 of substantially square shape.
  • the central conductor via 116 passes through the ground plane 114 approximately at its center.
  • the via 116 is isolated from the conductive plane 130 by an annular or crown-shaped opening 132 formed in the conductive plane 130 around the via 116.
  • the square formed by the conductive plane 130 has a side of the order of 1 mm.
  • the side of the square formed by the conductive plane 130 substantially defines the external dimensions of the elementary cell 105 of the transmitter network 103.
  • Ground plane 114 is adapted to form electromagnetic shielding between antenna 110 and antenna 112 of cell 105.
  • the lateral conductive vias 118 contact the underside of the conductive plane 130 in diametrically opposite zones relative to the central conductive via 116.
  • the vias 116 and 118 are located on the same straight line parallel to one of the sides of the conductive plane 130. Further, vias 118 are equidistant from via 116.
  • FIG 5 is a top view, schematic and partial, of the second antenna element 105b of the elementary cell 105 of the figure 2 .
  • FIG 5 more precisely illustrates the patch antenna 112 of the elementary cell 105.
  • the antenna 112 includes a conductive plane 140 with four sides.
  • the conductive plane 140 is for example more precisely of rectangular shape or, as in the example illustrated in figure 5 , substantially square in shape.
  • the conductive plane 140 includes an opening 142 separating a central region 140C of the conductive plane 140 from a peripheral region 140P of the conductive plane 140.
  • the opening 142 has a substantially annular shape, for example a rectangular or square ring shape.
  • the central conductive via 116 contacts the central region 140C of the conductive plane 140. More precisely, in this example, the upper end of the via 116 is connected substantially to the center of a lower face of the region 140C.
  • the central region 140C of the conductive plane 140 delimited laterally by the annular opening 142, constitutes for example an input terminal of the antenna 112.
  • the antenna 112 further comprises a first switching element C1 and a second switching element C2 each connecting the central region 140C to the peripheral region 140P of the conductive plane 140. More precisely, in the example illustrated in figure 5 , the first and second switching elements C1, C2 contact the peripheral region 140P in diametrically opposite zones with respect to the central via conductor 116. In this example, the switching elements C1, C2 and the via conductor 116 are located on the same line parallel to one of the sides of the conductive plane 140. In this example, the switch C1 is located substantially vertically to the horizontal branch of the U formed by the slot 122.
  • the switching elements C1 and C2 are controlled in opposition, that is to say so that, if one of the switches C1, C2 is on, the other switch C2, C1 is blocked.
  • the 0° and 180° phase states correspond respectively to the case where switch C1 is off while switch C2 is on, and to the case where switch C1 is on while switch C2 is off.
  • the square formed by the conductive plane 140 has a side of the order of 0.44 mm, the sides of the square annular opening 142 each have a length of the order of 0.32 mm, and the opening 142 has a width equal to approximately 50 ⁇ m.
  • THE figures 6 and 7 are views respectively from above and in section according to plan AA of the figure 6 , schematic and partial, of the switching element C1 of the second antenna element 105b of the figure 5 .
  • the switching element C1, or switch is based on phase change material.
  • Phase change materials are materials which can switch, under the effect of heat, between a crystalline phase and an amorphous phase, the amorphous phase having an electrical resistance greater than that of the crystalline phase.
  • a continuous region 160 of a phase change material is located on and in contact with the upper faces of the central 140C and peripheral 140P regions of the conductive plane 140.
  • the regions 140C and 140P are disjoint and separated from one another. on the other by a distance D1 of approximately 1 ⁇ m.
  • an electrically insulating region 162 laterally separates the central region 140C from the peripheral region 140P of the conductive plane 140.
  • the region 162 for example has a thickness substantially equal to that of the conductive plane. 140, for example equal to approximately 0.6 ⁇ m, and extends laterally between regions 140C and 140P.
  • other electrically insulating regions coplanar with region 162 may further extend laterally between regions 140C and 140P as well as outside of region 140P.
  • the regions 140C and 140P can in practice be formed in the same electrically conductive layer.
  • Region 160 of phase change material completely covers the upper face of the electrically insulating region 162 and extends laterally on and in contact with parts of the upper faces of regions 140C and 140P adjoining region 162.
  • Region 160 has, for example, seen from above, a substantially rectangular shape of width D2 ( figure 7 ) equal to approximately 3 ⁇ m and of length D3 ( figure 6 ) equal to about 20 ⁇ m.
  • region 160 is made of a so-called “chalcogenide” material, that is to say a material or an alloy comprising at least one chalcogen element, for example a material from the family of germanium telluride (GeTe ) or germanium-antimony-tellurium (GeSbTe, also referred to by the acronym "GST").
  • chalcogenide a material or an alloy comprising at least one chalcogen element, for example a material from the family of germanium telluride (GeTe ) or germanium-antimony-tellurium (GeSbTe, also referred to by the acronym "GST").
  • the upper face and the side faces of the layer 160, as well as parts of the regions 140C and 140P not coated by the layer 160, are coated with an electrically insulating layer 164, for example of silicon nitride .
  • layer 164 has a thickness equal to approximately 0.4 ⁇ m.
  • the switch C1 further comprises a heating element 166 ("heater", in English) located on and in contact with the electrically insulating layer 164, above the layer 160 of phase change material.
  • the heating element 166 is thus electrically isolated from the layer 160.
  • the heating element 166 has for example, seen from above, a substantially rectangular shape, of length D4 equal to about 37 ⁇ m, centered with respect to the rectangle formed by the region 160 in phase change material.
  • the heating element 166 is made of a metal, for example tungsten.
  • the heating element 166 is for example intended to be traversed by an electric current making it possible to heat, by Joule effect, the phase change material of the region 160.
  • Such a mode of heating is qualified as indirect, as opposed to a direct heating in which a current electricity would circulate inside region 160 in order to cause it to heat up.
  • the upper face and the side faces of the heating element 166, as well as parts of the layer 164 not coated by the heating element 166, are coated with an electrically insulating layer 168, for example of nitride of silicon.
  • layer 168 has a thickness equal to around 0.2 ⁇ m.
  • the electrically insulating layers 168 and 164 have not been shown in figure 6 so as not to overload the drawing.
  • the regions 140C and 140P of the conductive plane 140 jointly form, in the vicinity of the heating element 166 of the switch C1, an H-shaped structure whose horizontal part has a width D5 equal to about 30 ⁇ m and whose two vertical branches are separated from each other by a distance D6 equal to approximately 50 ⁇ m.
  • the region 160 is heated for example, using the heating element 166, to a temperature T1 and for a duration d1.
  • the temperature T1 and the duration d1 are chosen so as to cause a phase change of the material of the region 160 from the amorphous phase to the crystalline phase.
  • the temperature T1 is higher than a crystallization temperature and lower than a melting temperature of the phase change material and the duration d1 is between 10 and 100 ns.
  • the region 160 is heated for example, using the heating element 166, to a temperature T2, higher than the temperature T1, and during a duration d2, less than the duration d1.
  • the temperature T2 and the duration d2 are chosen so as to cause a phase change of the material of the region 160 from the crystalline phase to the amorphous phase.
  • the temperature T2 is higher than the melting temperature of the phase change material and the duration d2 is of the order of 10 ns.
  • Switch C2 for example, has a structure, dimensions and operation similar to what has been described previously in relation to switch C1.
  • an indirect heating switch C1 has been described above in which the heating element 166 is electrically isolated from the region 160 of phase change material, one could provide, as a variant, a indirect heating switch C1 in which the heating element 166 would be in contact with the region 160, or a direct heating switch C1 without a heating element and in which the region 160 would be traversed by an electric current making it possible to cause its heating, or even a switch C1 whose phase changes would be caused by a light source, for example a laser source illuminating region 160 via an optical fiber.
  • a light source for example a laser source illuminating region 160 via an optical fiber.
  • FIG 8 is a top view, schematic and partial, of an interconnection network associated with the second antenna element 105b of the figure 5 .
  • the heating element 166 of each switch C1, C2 of the second antenna element 105b comprises a first end, or terminal, connected to the central region 140C of the conductive plane 140 and a second end, or terminal, connected to a node N1, N2 for applying a bias potential Vpol1, Vpol2. More precisely, in this example, the first terminal of each element heater 166 is connected, by a conductive via 170, to one end of a conductive track 172, the other end of the conductive track 172 being connected to the region 140C by another conductive via 174.
  • each heating element 166 is connected, by yet another conductive via 176, to one end of another conductive track 178, the other end of the conductive track 178 being connected to the corresponding node N1 or node N2.
  • the conductive tracks 170 and 178 are formed on and in contact with the upper face of an electrically insulating layer (not shown), for example a layer of silicon dioxide having a thickness approximately equal to 3 ⁇ m, covering the upper face of the layer 168.
  • an electrically insulating layer for example a layer of silicon dioxide having a thickness approximately equal to 3 ⁇ m, covering the upper face of the layer 168.
  • the polarization potentials Vpol1 and Vpol2 applied to the nodes N1 and N2 make it possible to control the passage of an electric current through the heating elements 166 of the switches C1 and C2. By controlling the intensity and duration of circulation of this current, it is possible for example to adjust the temperatures T1, T2 and the durations d1, d2 making it possible to cause the phase changes of the material of the region 160 as explained above.
  • FIG. 9 is a top view, schematic and partial, illustrating a variant embodiment of the second antenna element 105b of the figure 5 and the interconnection network of the figure 8 .
  • the conductive tracks 172 and 178 and the conductive plane 140 are located in the same plane and the vias 174 are omitted. Tracks 172 and 178 and the plane 140 are for example formed in the same level of metallization.
  • the conductive tracks 172 and 178 are for example connected to the ends of the heating elements 166 by conductive vias not shown in figure 9 .
  • the peripheral region 140P of the conductive plane 140 comprises two openings 180 allowing the passage of the conductive tracks 178 connecting the heating elements 166 to the nodes N1, N2 from the inside of the annular opening 142 towards the outside of the peripheral region 140P.
  • the openings 180 are diametrically opposed with respect to the central conductor via 116.
  • the conductive tracks 172 and/or 178 may include radiofrequency filters.
  • FIG 10 is a side view, schematic and partial, of an example of antenna 200 with a reflective array of the type to which the described embodiments apply, by way of example.
  • the antenna 200 typically comprises one or more primary sources 201 (a single source 201, in the example shown) irradiating a reflective array 203.
  • the source 201 can have any polarization, for example linear or circular.
  • the network 203 comprises a plurality of elementary cells 205, for example arranged in a matrix along rows and columns.
  • Each cell 205 typically comprises an antenna element 205a, located on the side of a first face of the grating 203 arranged facing the primary source 201, and a reflector element 205b, located on the side of a second face of the grating opposite to the first side.
  • the first face of the grating 203 is for example turned towards an emission medium of the antenna 200.
  • the reflective element 205b is for example, as shown in figure 10 , common to all the elementary cells 205 of the network 203.
  • Each cell 205 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation emitted by the source 201 on its antenna element 205a and to re-emit this radiation, after reflection by the reflector element 205b, from its antenna element 205a, by example by introducing a known phase shift ⁇ .
  • each cell 205 is able to receive electromagnetic radiation on its antenna element 205a and to re-emit this radiation, after reflection by the reflector element 205b, from its antenna element 205a, in the direction of the source 201, with the same phase shift ⁇ .
  • the radiation re-emitted by the antenna element 205a is for example focused on the source 201.
  • the characteristics of the beam produced by the antenna 200 in particular its shape (or template) and its direction of maximum emission (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts respectively introduced by the different cells 205 of the network 203.
  • Reflector array antennas have similar advantages to transmitter array antennas.
  • FIG 11 is a schematic partial perspective view of an elementary cell 205 of the reflector array 203 of the antenna 200 of the figure 10 according to one embodiment.
  • the antenna element 205a of the elementary cell 205 comprises a plate antenna 210, adapted to pick up the electromagnetic radiation emitted by the source 201 and to emit, towards the outside of the antenna 200, a phase-shifted signal, and the reflector element 205b comprises a ground plane 212.
  • the elementary cell 205 further comprises an interconnection structure 214, a filtering or radiofrequency decoupling structure 216, and a line to delay 218.
  • the antenna 210, the delay line 218, the structure 216, the structure 214 and the ground plane 212 are for example respectively formed in five successive metallization levels, superposed and separated from each other by dielectric layers.
  • a central conductor via 220 connects the antenna 210 to the ground plane 212. More precisely, in the orientation of the figure 11 , the via 220 has a lower end in contact with an upper face of the antenna 210 and an upper end in contact with a lower face of the ground plane 212. The via 220 is also connected to a central part of the structure 214 of interconnection. As illustrated in figure 11 , conductive vias 222 connect ends of structure 214 to ground plane 212. Further, conductive vias 224 connect ends of radio frequency filter structure 216 to patch antenna 210 and other conductive vias 226 connect from the ends of the delay line 218 to the antenna 210.
  • Antenna 210, delay line 218, radio frequency filter structure 216, interconnect structure 214 and ground plane 212 are described in more detail below in relation to Figures 12 to 16 respectively.
  • FIG 12 is a top view, schematic and partial, of the antenna element 205a of the elementary cell 205 of the figure 11 .
  • the patch antenna 210 of the antenna element 205a comprises a planar conductive frame 230 and separate conductive regions 232 and 234 located inside the frame 230.
  • the frame 230 and regions 232 and 234 are coplanar.
  • the conductive region 234 is in contact with the central conductive via 220 and is connected to the conductive frame 230 by a switching element C3, or switch, of which one conduction terminal is for example in contact with the region 234 and of which another conduction is for example in contact with the frame 230.
  • the conductive region 234 is further connected to the conductive region 232 by another switching element C4, one conduction terminal of which is for example in contact with the region 234 and of which another conduction terminal is for example in contact with region 232.
  • Each switch C3, C4 of the antenna element 205a of the elementary cell 205 of the reflector array 203 has for example a structure, dimensions and operation similar to what has been described above in relation to the switches C1 and C2 of the antenna element 105b of the elementary cell 105 of the transmitter network 103.
  • the switching elements C3 and C4 are controlled in opposition. This allows antenna element 205a of elementary cell 205 to switch between two phase states ⁇ , for example substantially equal to 0° and 180°.
  • the 0° and 180° phase states correspond respectively to the case where switch C3 is on while switch C4 is off, and to the case where switch C3 is off while switch C4 is on.
  • FIG 13 is a top view, schematic and partial, of part of the elementary cell 205 of the figure 11 .
  • There figure 13 more particularly illustrates the delay line 218.
  • the delay line comprises a conductive track 240, one end of which is connected to the conductive region 232, via one of the two conductive vias 226, and the other end of which is connected. to frame 230, through the other conductive via 226.
  • track 240 and vias 226 form a conduction path having a total length adjusted so that the phase shift introduced when switch C4 is passing is equal to ⁇ , that is to say approximately 180° in this example.
  • FIG 14 is a top view, schematic and partial, of another part of the elementary cell 205 of the figure 11 .
  • There figure 14 more particularly illustrates the structure 216 of radio frequency filtering.
  • the structure 216 comprises a U-shaped conductive track 250, one end of which is connected to one of the two conductive vias 224 and the other end of which is connected to the other via 224.
  • the structure 216 further comprises radio frequency decoupling elements or sections 252, for example in the form of a disk sector, connected to the conductive track 250.
  • the structure 216 comprises more precisely two elements 252, each element being connected to one of the vertical branches of the U formed by the track 250.
  • FIG 15 is a top view, schematic and partial, of yet another part of the elementary cell 205 of the figure 11 .
  • There figure 15 more particularly illustrates the structure 214 of interconnection.
  • the structure 214 comprises two conductive tracks 260 each connecting one of the conductive vias 222 to the central conductive via 220.
  • the conductive tracks 260 extend for example laterally, below the ground plane 212 in the direction of the figure 15 , in diametrically opposite directions from the central via 311 to the vias 260.
  • the tracks 260 are aligned and have identical lengths.
  • Each conductive track 260 forms for example a quarter wave line ( ⁇ /4), that is to say a line having a length substantially equal to a quarter of the operating wavelength of the antenna.
  • FIG 16 is a top view, schematic and partial, of the reflector element 205b of the elementary cell 205 of the figure 11 .
  • the central conductor via 220 and the conductor vias 222 located at the ends of the quarter-wave lines 260 of the interconnection structure 214 are connected to the ground plane 212 of the reflector element 205b.
  • the cells 105 and 205 of the networks 103 and 203 are produced by a process comprising successive steps of forming, on the same substrate, for example of quartz, the antenna elements 105a and 105b, in the case of the network 103, and of the reflector element 205b and of the antenna element 205a, in the case of the network 203.
  • the switches C1 and C2 of the cells 105 are for example formed on the substrate at the end of the production of the central 140C and peripheral 140P regions of the conductive plane 140.
  • the switches C3 and C4 of the cells 205 are for example formed on the substrate after the production of the flat conductive frame 230 and the conductive regions 232 and 234.
  • the cells 105 and 205 (and networks 103 and 203) have a so-called "monolithic" structure.
  • the manufacturing process for cells 105 and 205 in particular dispenses with transfer steps, and cells 105 and 205 have no interconnection elements, such as pads assembled with solder balls , between the first antenna element 105a, 205a and the second antenna element 105b or the reflector element 205b.
  • switches C1, C2, C3 and C4 made of phase-change material integrated into the elementary cells 105 and 205 are capable of operating at power levels at least as high as the switches generally employed in elementary cells of antennas with a reconfigurable transmitter or reflector array, while exhibiting better linearity. Furthermore, switches C1, C2, C3 and C4 have excellent stability in frequency ranges of the order of terahertz.
  • An advantage of cells 105 and 205 is that they allow electronic phase control in a frequency range comprised for example between 50 and 350 GHz, corresponding to millimetric wavelengths, and to have reduced electrical consumption.
  • the shape of the antenna elements 105a and 205a can be adapted according to the polarization of the associated source 101, 201.
  • phase-change material switches C1, C2 and C3 each comprising two phase-change material switches C1, C2 and C3
  • the embodiments described can be transposed by the person skilled in the art to any number of switches made of phase change material.
  • a number of phase-change material switches greater than two could be provided in a case where it is desired to produce a reconfigurable elementary cell exhibiting more than two different phase states.
  • the heating element of the phase change material switches is a resistive element intended to heat the phase change material by Joule effect.
  • the heating element may be a waveguide electrically isolated from the phase-change material region and comprising a first end facing a face of the region made of phase-change material. phase change and a second end, opposite the first end, intended to be illuminated by a laser source.
  • the waveguide comprises for example a central region of silicon nitride (SiN) surrounded by a peripheral region of silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the laser source can be of the integrated type, that is to say forming part of the same chip as the switch or switches with which it is associated, or not integrated, that is to say formed on a chip different from that of the switch(es) with which it is associated, the laser source then being for example connected to the waveguide of each switch with which it is associated by an optical link, for example an optical fiber.
  • the optical couplings between the laser source and the waveguide, and between the waveguide and the phase-change material region can each be obtained by coupling of the "adiabatic” type or by so-called coupling "end-to-end"("buttcoupling", in English).
  • the output surface of the waveguide has for example a tapered shape narrowing in the vicinity of the phase-change material region, the latter possibly having a tapered shape narrowing near the waveguide.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

La présente description concerne une cellule (105) de réseau transmetteur ou de réseau réflecteur, comprenant au moins deux commutateurs en matériau à changement de phase.

Description

    Domaine technique
  • La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques. La présente demande concerne plus particulièrement le domaine des antennes radio à réseau transmetteur ("transmitarray antenna", en anglais) et des antennes radio à réseau réflecteur ("reflectarray antenna", en anglais).
    • Technique antérieure
  • Parmi les différentes technologies d'antennes de communication radio existantes, on connaît notamment des antennes radio dites "à réseau transmetteur". Ces antennes comprennent généralement plusieurs cellules élémentaires comportant chacune un premier élément d'antenne irradié par un champ électromagnétique émis par une ou plusieurs sources, un deuxième élément d'antenne transmettant un signal modifié vers l'extérieur de l'antenne et un élément de couplage entre les premier et deuxième éléments d'antenne.
  • On connaît en outre des antennes radio dites "à réseau réflecteur". Ces antennes comprennent généralement plusieurs cellules élémentaires comportant chacune un élément d'antenne irradié par un champ électromagnétique émis par une ou plusieurs sources, un élément réflecteur, par exemple un plan de masse, réfléchissant un signal modifié vers l'extérieur de l'antenne et un élément de couplage entre l'élément d'antenne et l'élément réflecteur. À la différence des cellules élémentaires des antennes à réseau transmetteur, qui transmettent un signal radio dans une direction opposée à la ou aux sources irradiant leur premier élément d'antenne, les cellules élémentaires des antennes à réseau réflecteur réfléchissent un signal radio en direction de la ou des sources irradiant leur élément d'antenne.
  • Pour des applications, par exemple telles que la communication satellite ("satellite communication" ou "SatCom", en anglais), il serait souhaitable de disposer d'antennes à réseau transmetteur et d'antennes à réseau réflecteur reconfigurables permettant de modifier, de façon dynamique, la phase de l'onde rayonnée.
    • Résumé de l'invention
  • Il existe un besoin d'améliorer les antennes à réseau transmetteur et les antennes à réseau réflecteur existantes.
  • Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des antennes à réseau transmetteur et des antennes à réseau réflecteur connues. Un objet d'un mode de réalisation est plus particulièrement de permettre un contrôle électronique de phase dans une plage de fréquences comprises par exemple entre 50 et 350 GHz, correspondant à des longueurs d'ondes millimétriques, et de disposer de commutateurs dont la polarisation entraîne une consommation électrique réduite.
  • Un mode de réalisation prévoit une cellule de réseau transmetteur ou de réseau réflecteur, comprenant au moins deux commutateurs en matériau à changement de phase.
  • Selon un mode de réalisation, ledit matériau à changement de phase est un matériau chalcogénure.
  • Selon un mode de réalisation, chaque commutateur en matériau à changement de phase comprend une région en ledit matériau à changement de phase située sur et en contact avec des première et deuxième régions conductrices disjointes d'une antenne à plaque.
  • Selon un mode de réalisation, chaque commutateur en matériau à changement de phase comprend en outre un élément chauffant électriquement isolé de la région en ledit matériau à changement de phase.
  • Selon un mode de réalisation, les commutateurs en matériau à changement de phase font partie d'un premier élément d'antenne adapté à commuter un signal radiofréquence entre au moins deux états de phase.
  • Selon un mode de réalisation, le premier élément d'antenne comprend exactement deux commutateurs en matériau à changement de phase et un plan conducteur présentant une ouverture de forme annulaire, isolant électriquement une région centrale du plan conducteur d'une région périphérique du plan conducteur, chaque commutateur en matériau à changement de phase reliant la région centrale à la région périphérique du plan conducteur.
  • Selon un mode de réalisation, la cellule comprend en outre un deuxième élément d'antenne connecté au premier élément d'antenne par un via conducteur central, un plan de masse intercalé entre les premier et deuxième éléments d'antenne et électriquement isolé du via conducteur central, le plan de masse étant connecté au deuxième élément d'antenne par deux vias conducteurs latéraux.
  • Un mode de réalisation prévoit un réseau transmetteur comprenant une pluralité de cellules telles que décrites.
  • Selon un mode de réalisation, le premier élément d'antenne comprend exactement deux commutateurs en matériau à changement de phase et un cadre conducteur plan à l'intérieur duquel sont situées des première et deuxième régions conductrices disjointes, l'un des deux commutateurs reliant la deuxième région conductrice au cadre conducteur plan et l'autre commutateur reliant les première et deuxième régions conductrices entre elles.
  • Selon un mode de réalisation, la première région conductrice est connectée au cadre conducteur plan par une ligne à retard.
  • Selon un mode de réalisation, la cellule comprend en outre un élément réflecteur connecté au premier élément d'antenne par un via conducteur central.
  • Un mode de réalisation prévoit un réseau réflecteur comprenant une pluralité de cellules telles que décrites.
  • Un mode de réalisation prévoit une antenne comprenant un réseau transmetteur tel que décrit ou un réseau réflecteur tel que décrit et au moins une source configurée pour irradier une face du réseau.
    • Brève description des dessins
  • Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne à réseau transmetteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits ;
    • la figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une cellule élémentaire du réseau transmetteur de l'antenne de la figure 1 selon un mode de réalisation ;
    • la figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un premier élément d'antenne de la cellule élémentaire de la figure 2 ;
    • la figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie de la cellule élémentaire de la figure 2 ;
    • la figure 5 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un deuxième élément d'antenne de la cellule élémentaire de la figure 2 ;
    • la figure 6 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un élément de commutation du deuxième élément d'antenne de la figure 5 ;
    • la figure 7 est une vue en coupe, selon le plan AA de la figure 6, du commutateur du deuxième élément d'antenne de la figure 5 ;
    • la figure 8 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un réseau d'interconnexion associé au deuxième élément d'antenne de la figure 5 ;
    • la figure 9 est une vue de dessus, schématique et partielle, illustrant une variante de réalisation du deuxième élément d'antenne de la figure 5 et du réseau d'interconnexion de la figure 8 ;
    • la figure 10 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne à réseau réflecteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits ;
    • la figure 11 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une cellule élémentaire du réseau réflecteur de l'antenne de la figure 10 selon un mode de réalisation ;
    • la figure 12 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un élément d'antenne de la cellule élémentaire de la figure 11 ;
    • la figure 13 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie de la cellule élémentaire de la figure 11 ;
    • la figure 14 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une autre partie de la cellule élémentaire de la figure 11 ;
    • la figure 15 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'encore une autre partie de la cellule élémentaire de la figure 11 ; et
    • la figure 16 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un élément réflecteur de la cellule élémentaire de la figure 11.
    Description des modes de réalisation
  • De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
  • Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, on va décrire ci-après des modes de réalisation d'une cellule pour antenne à réseau transmetteur et des modes de réalisation d'une cellule pour antenne à réseau réflecteur. La structure et le fonctionnement de la ou des sources primaires de l'antenne, destinées à irradier le réseau transmetteur ou le réseau réflecteur, ne seront toutefois pas détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des sources primaires d'irradiation pour antenne à réseau transmetteur ou à réseau réflecteur connues. À titre d'exemple, chaque source primaire est adaptée à produire un faisceau de forme générale conique irradiant tout ou partie du réseau transmetteur ou du réseau réflecteur. Chaque source primaire comprend par exemple une antenne cornet. À titre d'exemple, l'axe central de chaque source primaire est sensiblement orthogonal au plan moyen du réseau.
  • Par ailleurs, les procédés de fabrication des réseaux transmetteur et des réseaux réflecteurs décrits ne seront pas détaillés, la réalisation des structures décrites étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description.
  • Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
  • Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
  • Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
  • La figure 1 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne 100 à réseau transmetteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits.
  • L'antenne 100 comprend typiquement une ou plusieurs sources primaires 101 (une unique source 101, dans l'exemple représenté) irradiant un réseau transmetteur 103. La source 101 peut présenter une polarisation quelconque, par exemple linéaire ou circulaire. Le réseau 103 comprend une pluralité de cellules élémentaires 105, par exemple disposées en matrice selon des lignes et des colonnes. Chaque cellule 105 comprend typiquement un premier élément d'antenne 105a, situé du côté d'une première face du réseau 103 disposée en regard de la source primaire 101, et un deuxième élément d'antenne 105b, situé du côté d'une deuxième face du réseau opposée à la première face. La deuxième face du réseau 103 est par exemple tournée vers un milieu d'émission de l'antenne 100.
  • Chaque cellule 105 est apte, en émission, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son premier élément d'antenne 105a et à réémettre ce rayonnement depuis son deuxième élément d'antenne 105b, par exemple en introduisant un déphasage φ connu. En réception, chaque cellule 105 est apte à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son deuxième élément d'antenne 105b et à réémettre ce rayonnement depuis son premier élément d'antenne 105a, en direction de la source 101, avec le même déphasage φ. Le rayonnement réémis par le premier élément d'antenne 105a est par exemple focalisé sur la source 101.
  • Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne 100, notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction d'émission maximale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages respectivement introduits par les différentes cellules 105 du réseau 103.
  • Les antennes à réseau transmetteur ont pour avantages, entre autres, de présenter une bonne efficacité énergétique et d'être relativement simples, peu onéreuses et peu encombrantes. Cela provient notamment du fait que les réseaux transmetteurs sont réalisables en technologie planaire, généralement sur circuit imprimé.
  • On s'intéresse ici plus particulièrement aux antennes à réseau transmetteur 103 reconfigurable. Le réseau transmetteur 103 est dit reconfigurable lorsque les cellules élémentaires 105 sont commandables électroniquement de façon individuelle pour modifier leur valeur de déphasage φ, ce qui permet de modifier dynamiquement les caractéristiques du faisceau généré par l'antenne, et notamment de modifier sa direction de pointage sans déplacer mécaniquement l'antenne ou une partie de l'antenne au moyen d'un élément motorisé.
  • La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, de l'une des cellules élémentaires 105 du réseau transmetteur 103 de l'antenne 100 de la figure 1 selon un mode de réalisation.
  • Selon ce mode de réalisation, le premier élément d'antenne 105a de la cellule élémentaire 105 comprend une antenne à plaque 110 ("patch antenna", en anglais) adaptée à capter le rayonnement électromagnétique émis par la source 101 et le deuxième élément d'antenne 105b comprend une autre antenne à plaque 112 adaptée à émettre, vers l'extérieur de l'antenne 100, un signal déphasé. Dans l'exemple représenté, la cellule élémentaire 105 comprend en outre un plan de masse 114 intercalé entre les antennes à plaque 110 et 112.
  • L'antenne 110, le plan de masse 114 et l'antenne 112 sont par exemple respectivement formés dans trois niveaux de métallisation successifs, superposés et séparés les uns des autres par des couches diélectriques, par exemple en quartz. À titre d'exemple, le plan de masse 114 est séparé de chacune des antennes 110 et 112 par une épaisseur de matériau diélectrique de l'ordre de 200 µm.
  • Dans l'exemple représenté, un via conducteur central 116 connecte l'antenne 110 à l'antenne 112. Plus précisément, dans l'orientation de la figure 2, le via 116 présente une extrémité inférieure en contact avec une face supérieure de l'antenne 110 et une extrémité supérieure en contact avec une face inférieure de l'antenne 112. Le via conducteur central 116 est isolé électriquement du plan de masse 114. Dans l'exemple représenté, le plan de masse 114 présente un orifice permettant au via 116 de traverser le plan de masse 114 sans le contacter. À titre d'exemple, le via conducteur central 116 présente un diamètre égal à environ 80 µm.
  • En outre, dans cet exemple, des vias conducteurs latéraux 118, situés de part et d'autre du via conducteur central 116, contactent l'antenne 110 au plan de masse 114. Plus précisément, dans l'orientation de la figure 2, chaque via 118 présente une extrémité inférieure en contact avec la face supérieure de l'antenne 110 et une extrémité supérieure en contact avec une face inférieure du plan de masse 114.
  • La figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, du premier élément d'antenne 105a de la cellule élémentaire 105 de la figure 2. La figure 3 illustre plus précisément l'antenne à plaque 110 de la cellule élémentaire 105.
  • Dans l'exemple représenté, l'antenne à plaque 110 comporte un plan conducteur 120 de forme sensiblement carrée à l'intérieur duquel est formée une fente 122, ou rainure, en forme de U. La fente 122 est par exemple sensiblement centrée par rapport au plan conducteur 120. Dans cet exemple, le via conducteur central 116 contacte une zone du plan conducteur 120 située entre les deux branches du U formé par la fente 122. Le via 116 est par exemple connecté sensiblement au centre du plan conducteur 120.
  • En outre, dans l'exemple illustré en figure 3, les vias conducteurs latéraux 118 sont situés de part et d'autre de la fente 122. Plus précisément, chaque via 118 est par exemple connecté à une zone du plan conducteur 120 située à l'extérieur du U formé par la fente 122 et le long de l'une des branches verticales du U. Dit autrement, dans cet exemple, la zone du plan conducteur 120 où est connecté chaque via latéral 118 est séparée de la zone du plan conducteur 120 où est connecté le via central 116 par l'une des branches verticales du U formé par la fente 122.
  • À titre d'exemple, le carré formé par le plan conducteur 120 présente un côté de l'ordre de 0,44 mm, les branches verticales et la branche horizontale du U formé par la fente 122 présentent chacune une longueur de l'ordre de 0,32 mm, et la fente 122 présente une largeur égale à environ 50 µm.
  • La figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie de la cellule élémentaire 105 de la figure 2. La figure 4 illustre plus précisément le plan de masse 114 situé entre les premier et deuxième éléments d'antenne 105a, 105b.
  • Dans l'exemple représenté, le plan de masse 114 comporte un plan conducteur 130 de forme sensiblement carrée. Dans cet exemple, le via conducteur central 116 traverse le plan de masse 114 approximativement en son centre. Le via 116 est isolé du plan conducteur 130 par une ouverture 132 annulaire, ou en forme de couronne, formée dans le plan conducteur 130 autour du via 116. À titre d'exemple, le carré formé par le plan conducteur 130 présente un côté de l'ordre de 1 mm.
  • Dans cet exemple, le côté du carré formé par le plan conducteur 130 définit sensiblement les dimensions externes de la cellule élémentaire 105 du réseau transmetteur 103.
  • Le plan de masse 114 est adapté à former un blindage électromagnétique entre l'antenne 110 et l'antenne 112 de la cellule 105.
  • Dans l'exemple illustré en figure 4, les vias conducteurs latéraux 118 contactent la face inférieure du plan conducteur 130 dans des zones diamétralement opposées par rapport au via conducteur central 116. Dans cet exemple, les vias 116 et 118 sont situés sur une même droite parallèle à l'un des côtés du plan conducteur 130. En outre, les vias 118 sont équidistants du via 116.
  • La figure 5 est une vue de dessus, schématique et partielle, du deuxième élément d'antenne 105b de la cellule élémentaire 105 de la figure 2. La figure 5 illustre plus précisément l'antenne à plaque 112 de la cellule élémentaire 105.
  • Selon un mode de réalisation, l'antenne 112 comporte un plan conducteur 140 à quatre côtés. Le plan conducteur 140 est par exemple plus précisément de forme rectangulaire ou, comme dans l'exemple illustré en figure 5, de forme sensiblement carrée.
  • Selon ce mode de réalisation, le plan conducteur 140 comporte une ouverture 142 séparant une région centrale 140C du plan conducteur 140 d'une région périphérique 140P du plan conducteur 140. Dans cet exemple, l'ouverture 142 présente une forme sensiblement annulaire, par exemple une forme annulaire rectangulaire ou carrée.
  • Dans l'exemple représenté, le via conducteur central 116 contacte la région centrale 140C du plan conducteur 140. Plus précisément, dans cet exemple, l'extrémité supérieure du via 116 est connectée sensiblement au centre d'une face inférieure de la région 140C. La région centrale 140C du plan conducteur 140, délimitée latéralement par l'ouverture annulaire 142, constitue par exemple une borne d'entrée de l'antenne 112.
  • L'antenne 112 comporte en outre un premier élément de commutation C1 et un deuxième élément de commutation C2 reliant chacun la région centrale 140C à la région périphérique 140P du plan conducteur 140. Plus précisément, dans l'exemple illustré en figure 5, les premier et deuxième éléments de commutation C1, C2 contactent la région périphérique 140P dans des zones diamétralement opposées par rapport au via conducteur central 116. Dans cet exemple, les éléments de commutation C1, C2 et le via conducteur 116 sont situés sur une même droite parallèle à l'un des côtés du plan conducteur 140. Dans cet exemple, le commutateur C1 est situé sensiblement à la verticale de la branche horizontale du U formé par la fente 122.
  • Les éléments de commutation C1 et C2 sont commandés en opposition, c'est-à-dire de sorte que, si l'un des commutateurs C1, C2 est passant, l'autre commutateur C2, C1 soit bloqué. Cela permet au deuxième élément d'antenne 105b de la cellule élémentaire 105 de commuter entre deux états de phase φ, sensiblement égaux à 0° et à 180° dans cet exemple. Les états de phase 0° et 180° correspondent respectivement au cas où le commutateur C1 est bloqué tandis que le commutateur C2 est passant, et au cas où le commutateur C1 est passant tandis que le commutateur C2 est bloqué.
  • À titre d'exemple, le carré formé par le plan conducteur 140 présente un côté de l'ordre de 0,44 mm, les côtés de l'ouverture annulaire carrée 142 présentent chacun une longueur de l'ordre de 0,32 mm, et l'ouverture 142 présente une largeur égale à environ 50 µm.
  • Les figures 6 et 7 sont des vues respectivement de dessus et en coupe selon le plan AA de la figure 6, schématiques et partielles, de l'élément de commutation C1 du deuxième élément d'antenne 105b de la figure 5.
  • Selon un mode de réalisation, l'élément de commutation C1, ou commutateur, est à base de matériau à changement de phase. Les matériaux à changement de phase sont des matériaux qui peuvent commuter, sous l'effet de la chaleur, entre une phase cristalline et une phase amorphe, la phase amorphe présentant une résistance électrique supérieure à celle de la phase cristalline. On peut notamment tirer profit de ce phénomène pour réaliser, comme dans le cas du deuxième élément d'antenne 105b, des commutateurs présentant des états bloqué (phase amorphe) et passant (phase cristalline) différenciés par une résistance à travers le matériau à changement de phase.
  • Dans l'exemple illustré en figure 7, une région 160 continue en un matériau à changement de phase est située sur et en contact avec les faces supérieures des régions centrale 140C et périphérique 140P du plan conducteur 140. Dans cet exemple, les régions 140C et 140P sont disjointes et séparées l'une de l'autre par une distance D1 d'environ 1 µm.
  • Dans l'exemple représenté, une région électriquement isolante 162, par exemple en dioxyde de silicium, sépare latéralement la région centrale 140C de la région périphérique 140P du plan conducteur 140. La région 162 présente par exemple une épaisseur sensiblement égale à celle du plan conducteur 140, par exemple égale à environ 0,6 µm, et s'étend latéralement entre les régions 140C et 140P. Bien que cela n'ait pas été représenté en figure 7, d'autres régions électriquement isolantes coplanaires à la région 162 peuvent en outre s'étendre latéralement entre les régions 140C et 140P ainsi qu'à l'extérieur de la région 140P. À titre d'exemple, les régions 140C et 140P peuvent en pratique être formées dans une même couche électriquement conductrice.
  • La région 160 en matériau à changement de phase revêt intégralement la face supérieure de la région électriquement isolante 162 et s'étend latéralement sur et en contact avec des parties des faces supérieures des régions 140C et 140P jouxtant la région 162. La région 160 présente par exemple, vue de dessus, une forme sensiblement rectangulaire de largeur D2 (figure 7) égale à environ 3 µm et de longueur D3 (figure 6) égale à environ 20 µm.
  • À titre d'exemple, la région 160 est en un matériau dit "chalcogénure", c'est-à-dire un matériau ou un alliage comprenant au moins un élément chalcogène, par exemple un matériau de la famille du tellurure de germanium (GeTe) ou du germanium-antimoine-tellure (GeSbTe, également désigné par l'acronyme "GST").
  • Dans l'exemple représenté, la face supérieure et les faces latérales de la couche 160, ainsi que des parties des régions 140C et 140P non revêtues par la couche 160, sont revêtues d'une couche 164 électriquement isolante, par exemple en nitrure de silicium. À titre d'exemple, la couche 164 présente une épaisseur égale à environ 0,4 µm.
  • Dans l'exemple représenté, le commutateur C1 comporte en outre un élément chauffant 166 ("heater", en anglais) situé sur et en contact avec la couche 164 électriquement isolante, au-dessus de la couche 160 en matériau à changement de phase. L'élément chauffant 166 est ainsi électriquement isolé de la couche 160. L'élément chauffant 166 présente par exemple, vu de dessus, une forme sensiblement rectangulaire, de longueur D4 égale à environ 37 µm, centrée par rapport au rectangle formé par la région 160 en matériau à changement de phase. À titre d'exemple, l'élément chauffant 166 est en un métal, par exemple le tungstène.
  • L'élément chauffant 166 est par exemple destiné à être parcouru par un courant électrique permettant d'échauffer, par effet Joule, le matériau à changement de phase de la région 160. Un tel mode de chauffage est qualifié d'indirect, par opposition à un chauffage direct dans lequel un courant électrique circulerait à l'intérieur de la région 160 afin de provoquer son échauffement.
  • Dans cet exemple, la face supérieure et les faces latérales de l'élément chauffant 166, ainsi que des parties de la couche 164 non revêtues par l'élément chauffant 166, sont revêtues d'une couche 168 électriquement isolante, par exemple en nitrure de silicium. À titre d'exemple, la couche 168 présente une épaisseur égale à environ 0,2 µm.
  • Les couches électriquement isolantes 168 et 164 n'ont pas été représentées en figure 6 afin de ne pas surcharger le dessin.
  • En vue de dessus, les régions 140C et 140P du plan conducteur 140 forment conjointement, au voisinage de l'élément chauffant 166 du commutateur C1, une structure en H dont la partie horizontale présente une largeur D5 égale à environ 30 µm et dont les deux branches verticales sont séparées l'une de l'autre par une distance D6 égale à environ 50 µm.
  • Pour faire basculer le commutateur C1 de l'état bloqué à l'état passant, on chauffe par exemple la région 160, à l'aide de l'élément chauffant 166, à une température T1 et pendant une durée d1. La température T1 et la durée d1 sont choisies de sorte à provoquer un changement de phase du matériau de la région 160 depuis la phase amorphe vers la phase cristalline. À titre d'exemple, la température T1 est supérieure à une température de cristallisation et inférieure à une température de fusion du matériau à changement de phase et la durée d1 est comprise entre 10 et 100 ns.
  • À l'inverse, pour faire basculer le commutateur C1 de l'état passant à l'état bloqué, on chauffe par exemple la région 160, à l'aide de l'élément chauffant 166, à une température T2, supérieure à la température T1, et pendant une durée d2, inférieure à la durée d1. La température T2 et la durée d2 sont choisies de sorte à provoquer un changement de phase du matériau de la région 160 depuis la phase cristalline vers la phase amorphe. À titre d'exemple, la température T2 est supérieure à la température de fusion du matériau à changement de phase et la durée d2 est de l'ordre de 10 ns.
  • Le commutateur C2 présente par exemple une structure, des dimensions et un fonctionnement analogues à ce qui a été décrit précédemment en relation avec le commutateur C1.
  • En outre, bien que l'on ait décrit ci-dessus un commutateur C1 à chauffage indirect dans lequel l'élément chauffant 166 est électriquement isolé de la région 160 en matériau à changement de phase, on pourrait prévoir, à titre de variante, un commutateur C1 à chauffage indirect dans lequel l'élément chauffant 166 serait en contact avec la région 160, ou un commutateur C1 à chauffage direct dépourvu d'élément chauffant et dans lequel la région 160 serait traversée par un courant électrique permettant de provoquer son échauffement, ou encore un commutateur C1 dont les changements de phase seraient provoqués par une source lumineuse, par exemple une source laser éclairant la région 160 par l'intermédiaire d'une fibre optique.
  • La figure 8 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un réseau d'interconnexion associé au deuxième élément d'antenne 105b de la figure 5.
  • Dans l'exemple représenté, l'élément chauffant 166 de chaque commutateur C1, C2 du deuxième élément d'antenne 105b comporte une première extrémité, ou borne, connectée à la région centrale 140C du plan conducteur 140 et une deuxième extrémité, ou borne, connectée à un nœud N1, N2 d'application d'un potentiel de polarisation Vpol1, Vpol2. Plus précisément, dans cet exemple, la première borne de chaque élément chauffant 166 est connectée, par un via conducteur 170, à une extrémité d'une piste conductrice 172, l'autre extrémité de la piste conductrice 172 étant connectée à la région 140C par un autre via conducteur 174. La deuxième borne de chaque élément chauffant 166 est connectée, par encore un autre via conducteur 176, à une extrémité d'une autre piste conductrice 178, l'autre extrémité de la piste conductrice 178 étant connectée au nœud N1 ou au nœud N2 correspondant. On peut prévoir que les nœuds N1 et N2 soient situés dans le niveau de métallisation du plan conducteur 140, les extrémités des pistes conductrices 178 étant alors par exemple connectées aux nœuds N1 et N2 par des vias conducteurs non représentés en figure 8.
  • À titre d'exemple, les pistes conductrices 170 et 178 sont formées sur et en contact avec la face supérieure d'une couche électriquement isolante (non représentée), par exemple une couche de dioxyde de silicium présentant une épaisseur environ égale à 3 µm, revêtant la face supérieure de la couche 168.
  • Les potentiels de polarisation Vpol1 et Vpol2 appliqués aux nœuds N1 et N2 permettent de commander le passage d'un courant électrique à travers les éléments chauffants 166 des commutateurs C1 et C2. En contrôlant l'intensité et la durée de circulation de ce courant, on peut par exemple ajuster les températures T1, T2 et les durées d1, d2 permettant de provoquer les changements de phase du matériau de la région 160 comme exposé précédemment.
  • La figure 9 est une vue de dessus, schématique et partielle, illustrant une variante de réalisation du deuxième élément d'antenne 105b de la figure 5 et du réseau d'interconnexion de la figure 8. Dans cette variante, les pistes conductrices 172 et 178 et le plan conducteur 140 sont situés dans un même plan et les vias 174 sont omis. Les pistes 172 et 178 et le plan 140 sont par exemple formés dans un même niveau de métallisation. Les pistes conductrices 172 et 178 sont par exemple connectées aux extrémités des éléments chauffants 166 par des vias conducteurs non représentés en figure 9. Dans l'exemple représenté, la région périphérique 140P du plan conducteur 140 comporte deux ouvertures 180 permettant le passage des pistes conductrices 178 connectant les éléments chauffants 166 aux nœuds N1, N2 depuis l'intérieur de l'ouverture annulaire 142 vers l'extérieur de la région périphérique 140P. Dans cet exemple, les ouvertures 180 sont diamétralement opposées par rapport au via conducteur central 116.
  • Bien que cela n'ait pas été représenté en figures 8 et 9, les pistes conductrices 172 et/ou 178 peuvent comporter des filtres radiofréquence.
  • La figure 10 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne 200 à réseau réflecteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits.
  • L'antenne 200 comprend typiquement une ou plusieurs sources primaires 201 (une unique source 201, dans l'exemple représenté) irradiant un réseau réflecteur 203. La source 201 peut présenter une polarisation quelconque, par exemple linéaire ou circulaire. Le réseau 203 comprend une pluralité de cellules élémentaires 205, par exemple disposées en matrice selon des lignes et des colonnes. Chaque cellule 205 comprend typiquement un élément d'antenne 205a, situé du côté d'une première face du réseau 203 disposée en regard de la source primaire 201, et un élément réflecteur 205b, situé du côté d'une deuxième face du réseau opposée à la première face. La première face du réseau 203 est par exemple tournée vers un milieu d'émission de l'antenne 200. L'élément réflecteur 205b est par exemple, comme illustré en figure 10, commun à toutes les cellules élémentaires 205 du réseau 203.
  • Chaque cellule 205 est apte, en émission, à recevoir un rayonnement électromagnétique émis par la source 201 sur son élément d'antenne 205a et à réémettre ce rayonnement, après réflexion par l'élément réflecteur 205b, depuis son élément d'antenne 205a, par exemple en introduisant un déphasage φ connu. En réception, chaque cellule 205 est apte à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son élément d'antenne 205a et à réémettre ce rayonnement, après réflexion par l'élément réflecteur 205b, depuis son élément d'antenne 205a, en direction de la source 201, avec le même déphasage φ. Le rayonnement réémis par l'élément d'antenne 205a est par exemple focalisé sur la source 201.
  • Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne 200, notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction d'émission maximale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages respectivement introduits par les différentes cellules 205 du réseau 203.
  • Les antennes à réseau réflecteur présentent des avantages similaires à ceux des antennes à réseau transmetteur.
  • On s'intéresse ici plus particulièrement aux antennes à réseau réflecteur 203 reconfigurable, c'est-à-dire dont les cellules élémentaires 205 sont commandables électroniquement de façon individuelle pour modifier leur valeur de déphasage φ de façon analogue à ce qui a été précédemment décrit en relation avec l'antenne 100 à réseau transmetteur 103.
  • La figure 11 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une cellule élémentaire 205 du réseau réflecteur 203 de l'antenne 200 de la figure 10 selon un mode de réalisation.
  • Selon ce mode de réalisation, l'élément d'antenne 205a de la cellule élémentaire 205 comprend une antenne à plaque 210, adaptée à capter le rayonnement électromagnétique émis par la source 201 et à émettre, vers l'extérieur de l'antenne 200, un signal déphasé, et l'élément réflecteur 205b comprend un plan de masse 212. Dans l'exemple représenté, la cellule élémentaire 205 comprend en outre une structure 214 d'interconnexion, une structure 216 de filtrage ou découplage radiofréquence, et une ligne à retard 218.
  • L'antenne 210, la ligne à retard 218, la structure 216, la structure 214 et le plan de masse 212 sont par exemple respectivement formés dans cinq niveaux de métallisation successifs, superposés et séparés les uns des autres par des couches diélectriques.
  • Dans l'exemple représenté, un via conducteur central 220 connecte l'antenne 210 au plan de masse 212. Plus précisément, dans l'orientation de la figure 11, le via 220 présente une extrémité inférieure en contact avec une face supérieure de l'antenne 210 et une extrémité supérieure en contact avec une face inférieure du plan de masse 212. Le via 220 est en outre connecté à une partie centrale de la structure 214 d'interconnexion. Comme illustré en figure 11, des vias conducteurs 222 connectent des extrémités de la structure 214 au plan de masse 212. En outre, des vias conducteurs 224 connectent des extrémités de la structure 216 de filtrage radiofréquence à l'antenne à plaque 210 et d'autres vias conducteurs 226 connectent des extrémités de la ligne à retard 218 à l'antenne 210.
  • L'antenne 210, la ligne à retard 218, la structure 216 de filtrage radiofréquence, la structure 214 d'interconnexion et le plan de masse 212 sont décrits plus en détail ci-dessous en relation avec les figures respectivement 12 à 16.
  • La figure 12 est une vue de dessus, schématique et partielle, de l'élément d'antenne 205a de la cellule élémentaire 205 de la figure 11.
  • Dans l'exemple représenté, l'antenne à plaque 210 de l'élément d'antenne 205a comprend un cadre conducteur plan 230 et des régions conductrices 232 et 234 disjointes situées à l'intérieur du cadre 230. Dans cet exemple, le cadre 230 et les régions 232 et 234 sont coplanaires.
  • La région conductrice 234 est en contact avec le via conducteur central 220 et est reliée au cadre conducteur 230 par un élément de commutation C3, ou commutateur, dont une borne de conduction est par exemple en contact avec la région 234 et dont une autre borne de conduction est par exemple en contact avec le cadre 230. Dans l'exemple représenté, la région conductrice 234 est en outre reliée à la région conductrice 232 par un autre élément de commutation C4, dont une borne de conduction est par exemple en contact avec la région 234 et dont une autre borne de conduction est par exemple en contact avec la région 232.
  • Chaque commutateur C3, C4 de l'élément d'antenne 205a de la cellule élémentaire 205 du réseau réflecteur 203 présente par exemple une structure, des dimensions et un fonctionnement analogues à ce qui a été décrit précédemment en relation avec les commutateurs C1 et C2 de l'élément d'antenne 105b de la cellule élémentaire 105 du réseau transmetteur 103. En particulier, les éléments de commutation C3 et C4 sont commandés en opposition. Cela permet à l'élément d'antenne 205a de la cellule élémentaire 205 de commuter entre deux états de phase φ, par exemple sensiblement égaux à 0° et à 180°. Les états de phase 0° et 180° correspondent respectivement au cas où le commutateur C3 est passant tandis que le commutateur C4 est bloqué, et au cas où le commutateur C3 est bloqué tandis que le commutateur C4 est passant.
  • La figure 13 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie de la cellule élémentaire 205 de la figure 11. La figure 13 illustre plus particulièrement la ligne à retard 218.
  • Dans l'exemple représenté, la ligne à retard comprend une piste conductrice 240 dont une extrémité est connectée à la région conductrice 232, par l'intermédiaire de l'un des deux vias conducteurs 226, et dont l'autre extrémité est connectée est connectée au cadre 230, par l'intermédiaire de l'autre via conducteur 226. À titre d'exemple, la piste 240 et les vias 226 forment un chemin de conduction présentant une longueur totale ajustée de sorte que le déphasage introduit lorsque le commutateur C4 est passant soit égal à φ, c'est-à-dire à environ 180° dans cet exemple.
  • La figure 14 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une autre partie de la cellule élémentaire 205 de la figure 11. La figure 14 illustre plus particulièrement la structure 216 de filtrage radiofréquence.
  • Dans l'exemple représenté, la structure 216 comporte une piste conductrice 250 en forme de U dont une extrémité est connectée à l'un des deux vias conducteurs 224 et dont l'autre extrémité est connectée à l'autre via 224. Dans cet exemple, la structure 216 comporte en outre des éléments ou tronçons 252 ("stub", en anglais) de découplage radiofréquence, par exemple en forme de secteur de disque, connectés à la piste conductrice 250. Dans l'exemple illustré en figure 14, la structure 216 comporte plus précisément deux éléments 252, chaque élément étant connecté à l'une des branches verticales du U formé par la piste 250.
  • La figure 15 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'encore une autre partie de la cellule élémentaire 205 de la figure 11. La figure 15 illustre plus particulièrement la structure 214 d'interconnexion.
  • Dans l'exemple représenté, la structure 214 comporte deux pistes conductrices 260 connectant chacune l'un des vias conducteurs 222 au via conducteur central 220. Les pistes conductrices 260 s'étendent par exemple latéralement, au-dessous du plan de masse 212 dans l'orientation de la figure 15, dans des directions diamétralement opposées depuis le via central 311 jusqu'aux vias 260. Dans cet exemple, les pistes 260 sont alignées et présentent des longueurs identiques. Chaque piste conductrice 260 forme par exemple une ligne quart d'onde (λ/4), c'est-à-dire une ligne présentant une longueur sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne.
  • La figure 16 est une vue de dessus, schématique et partielle, de l'élément réflecteur 205b de la cellule élémentaire 205 de la figure 11.
  • Dans l'exemple représenté, le via conducteur central 220 et les vias conducteurs 222 situés aux extrémités des lignes quart d'onde 260 de la structure d'interconnexion 214 sont connectés au plan de masse 212 de l'élément réflecteur 205b.
  • De manière préférentielle, les cellules 105 et 205 des réseaux 103 et 203 sont réalisées par un procédé comprenant des étapes successives de formation, sur un même substrat, par exemple en quartz, des éléments d'antenne 105a et 105b, dans le cas du réseau 103, et de l'élément réflecteur 205b et de l'élément d'antenne 205a, dans le cas du réseau 203. En particulier, les commutateurs C1 et C2 des cellules 105 sont par exemple formés sur le substrat à l'issue de la réalisation des régions centrale 140C et périphérique 140P du plan conducteur 140. De façon analogue, les commutateurs C3 et C4 des cellules 205 sont par exemple formés sur le substrat à l'issue de la réalisation du cadre conducteur plan 230 et des régions conductrices 232 et 234. Dans ce cas, les cellules 105 et 205 (et les réseaux 103 et 203) présentent une structure dite "monolithique". À titre d'exemple, le procédé de fabrication des cellules 105 et 205 s'affranchit notamment d'étapes de report, et les cellules 105 et 205 sont dépourvues d'éléments d'interconnexion, tels que des plots assemblés à des billes de brasage, entre le premier élément d'antenne 105a, 205a et le deuxième élément d'antenne 105b ou l'élément réflecteur 205b.
  • Un avantage des commutateurs C1, C2, C3 et C4 en matériau à changement de phase intégrés aux cellules élémentaires 105 et 205 tient au fait qu'ils sont capables de fonctionner à des niveaux de puissance au moins aussi élevés que les commutateurs généralement employés dans des cellules élémentaires d'antennes à réseau transmetteur ou réflecteur reconfigurable, tout en présentant une meilleure linéarité. En outre, les commutateurs C1, C2, C3 et C4 présentent une excellente stabilité dans des plages de fréquences de l'ordre du térahertz.
  • Un avantage des cellules 105 et 205 tient au fait qu'elles permettent un contrôle électronique de phase dans une plage de fréquences comprises par exemple entre 50 et 350 GHz, correspondant à des longueurs d'ondes millimétriques, et de présenter une consommation électrique réduite.
  • Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, la forme des éléments d'antenne 105a et 205a peut être adaptée en fonction de la polarisation de la source 101, 201 associée.
  • En outre, bien que l'on ait décrit des exemples de cellules élémentaires 105 et 205 comportant chacune deux commutateurs en matériau à changement de phase C1, C2 et C3, C4, les modes de réalisation décrits sont transposables par la personne du métier à un nombre quelconque de commutateurs en matériau à changement de phase. À titre d'exemple, on pourrait prévoir un nombre de commutateurs en matériau à changement de phase supérieur à deux dans un cas où l'on souhaiterait réaliser une cellule élémentaire reconfigurable présentant plus de deux états de phase différents.
  • On a décrit ci-dessus en relation avec les figures 1 à 16 des modes de réalisation dans lesquels l'élément chauffant des commutateurs en matériau à changement de phase est un élément résistif destiné à chauffer le matériau à changement de phase par effet Joule. À titre de variante, on peut prévoir que l'élément chauffant soit un guide d'ondes électriquement isolé de la région en matériau à changement de phase et comportant une première extrémité en vis-à-vis d'une face de la région en matériau à changement de phase et une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, destinée à être illuminée par une source laser. Dans ce cas, le guide d'ondes comporte par exemple une région centrale en nitrure de silicium (SiN) entourée d'une région périphérique en dioxyde de silicium (SiO2). La source laser peut être de type intégrée, c'est-à-dire faisant partie d'une même puce que le ou les commutateurs auxquels elle est associée, ou non intégrée, c'est-à-dire formée sur une puce différente de celle du ou des commutateurs auxquels elle est associée, la source laser étant alors par exemple connectée au guide d'ondes de chaque commutateur auquel elle est associée par une liaison optique, par exemple une fibre optique. Par ailleurs, les couplages optiques entre la source laser et le guide d'ondes, et entre le guide d'ondes et la région en matériau à changement de phase peuvent chacun être obtenus par un couplage de type "adiabatique" ou par un couplage dit "bout-à-bout" ("butt coupling", en anglais). Dans le cas d'un couplage adiabatique entre le guide d'ondes et la région en matériau à changement de phase, la surface de sortie du guide d'ondes présente par exemple une forme fuselée ("tapered", en anglais) se rétrécissant au voisinage de la région en matériau à changement de phase, cette dernière pouvant présenter une forme fuselée se rétrécissant au voisinage du guide d'ondes.
  • Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, l'implémentation pratique des commutateurs C1, C2, C3 et C4 dans les cellules élémentaires 105 et 205 décrites ci-dessus est adaptable par la personne du métier en fonction de l'application.

Claims (14)

  1. Cellule (105 ; 205) de réseau transmetteur (103) ou de réseau réflecteur (203), comprenant au moins deux commutateurs (C1, C2 ; C3, C4) en matériau à changement de phase, chaque commutateur (C1, C2 ; C3, C4) en matériau à changement de phase comprenant :
    - une région (160) en ledit matériau à changement de phase située sur et en contact avec des première (140P ; 234) et deuxième (140C ; 230, 232) régions conductrices disjointes d'une antenne à plaque (112 ; 210) ; et
    - un élément chauffant (166) électriquement isolé de la région (160) en ledit matériau à changement de phase.
  2. Cellule selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau à changement de phase est un matériau chalcogénure.
  3. Cellule selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément chauffant (166) est un élément résistif destiné à chauffer le matériau à changement de phase par effet Joule.
  4. Cellule selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément chauffant (166) est un guide d'ondes comportant une première extrémité en vis-à-vis d'une face de la région (160) en ledit matériau à changement de phase et une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, destinée à être illuminée par une source laser.
  5. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les commutateurs (C1, C2 ; C3, C4) en matériau à changement de phase font partie d'un premier élément d'antenne (105a ; 205a) adapté à commuter un signal radiofréquence entre au moins deux états de phase (φ).
  6. Cellule (105) de réseau transmetteur (103) selon la revendication 5, dans laquelle le premier élément d'antenne (105a) comprend exactement deux commutateurs (C1, C2) en matériau à changement de phase et un plan conducteur (140) présentant une ouverture (142) de forme annulaire, isolant électriquement une région centrale (140C) du plan conducteur d'une région périphérique (140P) du plan conducteur, chaque commutateur en matériau à changement de phase reliant la région centrale à la région périphérique du plan conducteur.
  7. Cellule de réseau transmetteur selon la revendication 6, comprenant en outre un deuxième élément d'antenne (105b) connecté au premier élément d'antenne (105a) par un via conducteur central (116), un plan de masse (114) intercalé entre les premier et deuxième éléments d'antenne et électriquement isolé du via conducteur central, le plan de masse étant connecté au deuxième élément d'antenne par deux vias conducteurs latéraux (118).
  8. Cellule (205) de réseau réflecteur (203) selon la revendication 5, dans laquelle le premier élément d'antenne (205a) comprend exactement deux commutateurs (C3, C4) en matériau à changement de phase et un cadre conducteur plan (230) à l'intérieur duquel sont situées des première (232) et deuxième (234) régions conductrices disjointes, l'un des deux commutateurs (C3) reliant la deuxième région conductrice au cadre conducteur plan et l'autre commutateur (C4) reliant les première et deuxième régions conductrices entre elles.
  9. Cellule de réseau réflecteur selon la revendication 8, dans laquelle la première région conductrice (232) est connectée au cadre conducteur plan (230) par une ligne à retard (218).
  10. Cellule de réseau réflecteur selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre un élément réflecteur (205b) connecté au premier élément d'antenne (205a) par un via conducteur central (220).
  11. Cellule de réseau transmetteur selon la revendication 6 ou 7, ou cellule de réseau réflecteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans laquelle le premier élément d'antenne (105a) et le deuxième élément d'antenne (105b), ou l'élément réflecteur (205b) et le premier élément d'antenne (205a), sont formés successivement sur un même substrat de sorte à obtenir une structure monolithique.
  12. Réseau transmetteur (103) comprenant une pluralité de cellules (105) selon la revendication 6, 7 ou 11.
  13. Réseau réflecteur (203) comprenant une pluralité de cellules (205) selon l'une quelconque des revendications 8 à 11.
  14. Antenne (100 ; 200) comprenant un réseau transmetteur (103) selon la revendication 12 ou un réseau réflecteur (203) selon la revendication 13 et au moins une source (101 ; 201) configurée pour irradier une face du réseau.
EP22202095.0A 2021-10-26 2022-10-18 Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur Pending EP4175068A1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2111361A FR3128592B1 (fr) 2021-10-26 2021-10-26 Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4175068A1 true EP4175068A1 (fr) 2023-05-03

Family

ID=80786210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22202095.0A Pending EP4175068A1 (fr) 2021-10-26 2022-10-18 Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230129840A1 (fr)
EP (1) EP4175068A1 (fr)
FR (1) FR3128592B1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160013549A1 (en) * 2013-01-09 2016-01-14 Hrl Laboratories Llc Reconfigurable electromagnetic surface of pixelated metal patches
US20170033462A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Transmitarray unit cell for a reconfigurable antenna

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3570375A1 (fr) * 2018-05-14 2019-11-20 Paris Sciences et Lettres - Quartier Latin Ensemble d'antenne reconfigurable d'une métasurface de métasurfaces
US11133588B1 (en) * 2021-03-08 2021-09-28 The Florida International University Board Of Trustees Phase change material based reconfigurable intelligent reflective surfaces

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160013549A1 (en) * 2013-01-09 2016-01-14 Hrl Laboratories Llc Reconfigurable electromagnetic surface of pixelated metal patches
US20170033462A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Transmitarray unit cell for a reconfigurable antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANAGNOSTOU DIMITRIS E ET AL: "Integration of resistive heaters for phase-change reconfigurable antennas", 2017 11TH EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (EUCAP), EURAAP, 19 March 2017 (2017-03-19), pages 2349 - 2350, XP033097127, DOI: 10.23919/EUCAP.2017.7928037 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20230129840A1 (en) 2023-04-27
FR3128592A1 (fr) 2023-04-28
FR3128592B1 (fr) 2023-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3125362B1 (fr) Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
CA2243603C (fr) Structure rayonnante
EP3392959B1 (fr) Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
EP1637853B1 (fr) Détecteur thermique de rayonnement électromagnétique comportant une membrane absorbante fixée en suspension
EP0064313B1 (fr) Elément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires et antenne plane hyperfréquence comprenant un réseau de tels éléments
EP0886889B1 (fr) Antenne reseau imprimee large bande
EP2656438A1 (fr) Cellule rayonnante a deux etats de phase pour reseau transmetteur
EP2710676A1 (fr) Element rayonnant pour antenne reseau active constituee de tuiles elementaires
FR2881879A1 (fr) Procede de realisation de contacts metal/semi-conducteur a travers un dielectrique.
CA1312930C (fr) Combineur/diviseur multivoie
FR3117685A1 (fr) Source d'antenne pour une antenne réseau à rayonnement direct, panneau rayonnant comprenant plusieurs sources d'antenne.
EP1551078B1 (fr) Antenne omnidirectionnelle configurable
FR2801729A1 (fr) Reflecteur hyperfrequence actif a balayage electronique
EP4175068A1 (fr) Cellule d'antenne à réseau transmetteur ou réflecteur
EP0106740B1 (fr) Oscillateur hyperfréquence de puissance
EP0769824B1 (fr) Lentille électromagnétique de type circuit imprimé à substrat suspendu
EP4087060A1 (fr) Cellule d'antenne a reseau transmetteur
EP4350890A1 (fr) Commutateur a base d'un materiau a changement de phase
EP4117117A1 (fr) Cellule d'antenne à réseau transmetteur
EP4156406A1 (fr) Microcircuit à guide d'onde intégré
EP2432072A1 (fr) Symétriseur large bande sur circuit multicouche pour antenne réseau
FR3091420A1 (fr) Dispositif a metasurface reconfigurable
EP4311395A1 (fr) Commutateur à base de matériau à changement de phase
EP4311394A1 (fr) Commutateur à base de matériau à changement de phase
FR3138005A1 (fr) Commutateur à base de matériau à changement de phase

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221018

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR