WO2011086298A1 - Reconfigurable hyperfrequency device having a deformable membrane - Google Patents

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WO2011086298A1
WO2011086298A1 PCT/FR2011/000020 FR2011000020W WO2011086298A1 WO 2011086298 A1 WO2011086298 A1 WO 2011086298A1 FR 2011000020 W FR2011000020 W FR 2011000020W WO 2011086298 A1 WO2011086298 A1 WO 2011086298A1
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WO
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membrane
microwave device
reconfigurable microwave
electrical conductor
reconfigurable
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/000020
Other languages
French (fr)
Inventor
Philippe Jacques Pernod
Sami Hage-Ali
Nicolas Tiercelin
Philippe Coquet
Ronan Sauleau
Vladimir Preobrazhensky
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0442Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular tuning means

Definitions

  • the present invention relates to the field of reconfigurable microwave devices.
  • microwave device By microwave device is meant a device operating at frequencies between 0.3GHz and 300 GHz, which corresponds to wavelengths between 100 cm and 1 mm.
  • the present invention relates for example to reconfigurable microwave antennas.
  • the present invention may particularly relate to reconfigurable microwave microstrip antennas.
  • the invention is not limited to these antennas and may relate to other types of microwave devices.
  • These devices include, but are not limited to, frequency tunable phase shifters, frequency selective surface based cavities, reflector gratings, phased arrays, or frequency tunable filters.
  • a microwave device can be used for wireless communication applications, for example in a sensor network, or for detecting remote object characteristics, for example anti-collision radars or in autonomous aircraft landing systems. .
  • the approach consists in modifying the effective length of the microwave antenna by using active electronic microswitches, for example of the PIN diode, MEMS micro-switch or micro-switch type (for "Micro Electro-Mechanical Systems” according to the English terminology). -saxonne).
  • the resonant frequency of the antenna is thus adapted as a function of the actuation of the switches. Given the positioning of these switches along the ribbon, it is possible to obtain an antenna capable of transmitting over a wide frequency band. This ability of the antenna to operate on multiple frequencies is called agility.
  • the authors have provided four microswitches to cover a frequency range between 540MHz and 890MHz, but microwave frequencies near GHz could probably be obtained with this antenna.
  • the approach consists in modifying its effective permittivity and / or the effective length of the microwave antenna by a mechanical deformation.
  • the radiating element of the antenna is disposed on the upper face of a glass substrate (rigid), which has on its underside the metal membrane.
  • the substrate and the membrane are supported by support means arranged at their circumferences to obtain a volume of air under the membrane.
  • the supports also rest on the upper face of an electrical insulation layer, the latter having on its underside an electrode of the electrostatic actuator, whose mass is the membrane itself.
  • the distance between the electrode and the membrane (ground plane) varies, which results in the modification of the effective permittivity of the antenna.
  • the authors specify that they were able to obtain a variation of the order of 1GHz (agility) approximately of the resonance frequency of the antenna, between 16.8GHz and 17.82GHz.
  • This document proposes to modify the effective permittivity and the effective length of a microstrip microwave antenna, by the use of a membrane on which is mounted the radiating element of the antenna, the membrane being deformable electrostatically.
  • the radiating element of the antenna is disposed on the upper face of a polyimide membrane (Kapton).
  • the membrane is supported by support means disposed at its circumference to define a volume of air under the membrane.
  • Media also rest on the upper face of an electrical insulation layer, forming a ground plane.
  • the polyimide membrane deforms under the effect of the force generated by the electrostatic interaction.
  • the distance between the radiating element and the ground plane is then modified, which implies a modification of the effective permittivity of the substrate and therefore of the resonance frequency of the antenna.
  • the authors specify that they were able to obtain a variation of the order of 0.39GHz of the antenna resonance frequency (agility), between 17.95GHz and 18.34GHz.
  • the reconfigurable microwave antennas presented in these references are based on a simpler and less expensive principle than reconfigurable antennas using active electronic microswitches. Moreover, they make it possible to obtain reconfigurable microwave antennas at a lower cost for frequencies up to 20 GHz.
  • An object of the invention is thus to provide a simple reconfigurable microwave device at reduced cost and to obtain improved reconfiguration capabilities.
  • Another object of the invention is to propose a reconfigurable microwave device which is also capable of obtaining these advantages in the millimetric range, ie typically for microwaves above 30 GHz.
  • the invention proposes a reconfigurable microwave device characterized in that it comprises: a mechanical support of at least one elastically deformable membrane, said membrane having an elastic modulus of less than or equal to 500 MPa;
  • means for deforming the membrane said means being adapted to exert a deformation force capable of modifying the distance H between the first electrical conductor and the second electrical conductor to at least 100%.
  • the device may provide other technical features of the invention, taken alone or in combination:
  • the means for deforming the membrane is selected from electromagnetic, fluidic, magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on a thermal shape memory alloy or a magnetic shape memory alloy;
  • the membrane is a silicone polymer, for example polydimethylsiloxane (PDMS), or an elastomer;
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the membrane is textured or micro-structured
  • the operating frequency is greater than or equal to 30GHz
  • the mechanical support is made of the same material as the membrane
  • the first electrical conductor also has a magnetic function and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field for interacting with the first electrical conductor;
  • the first electrical conductor is a permanent magnet or a ferromagnetic material; the first electrical conductor is made from one of the following: SmCo, AINiCo, FePt, NdFeB, Fe-Ni alloy, Fe-Ni-Mo alloy or other iron alloys;
  • the first electrical conductor comprises an electrical conduct itself and a magnetic element separate from said conductor and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field for interacting with the magnetic element associated with the electrical conductor;
  • the magnetic element is selected from NdFeB, ferrites, iron compounds and alloys or rare earth compounds;
  • the deformable membrane also has a magnetic function and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field capable of interacting with the membrane;
  • the deformable membrane comprises a magnetic powder, for example a ferrite powder, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, or a powder of iron alloys, alloys of Nickel or cobalt alloys;
  • a magnetic powder for example a ferrite powder, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, or a powder of iron alloys, alloys of Nickel or cobalt alloys;
  • the means for applying a controllable magnetic field is a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric element;
  • the means for deforming the membrane is a micropump, for example peristaltic, capable of injecting a dielectric fluid, for example air, liquids or colloidal solutions, between the membrane and its mechanical support;
  • the first dielectric element being a fluid and the second dielectric element being a solid or a multiphase material such as foam;
  • the second dielectric element is chosen from: alumina, glasses, teflon glasses, quartz, teflon, polyimides, a liquid crystal polymer, a foam or a microwave substrate; it comprises a means for controlling the state of deformation of the membrane disposed thereon, for example a piezo-resistive gauge; it performs one of the following functions: antenna, phase shifter, cavity based frequency selective surfaces, phased array, reflector array, filter.
  • FIG. 1, which comprises FIGS. 1 (a) to 1 (c), shows a reconfigurable microwave device according to the invention, which has been tested experimentally, FIG. 1 (a) more precisely representing the device without its means. for deforming the diaphragm, Fig. 1 (b) showing the device with its means for deforming the diaphragm and Fig. 1 (c) being a photograph of the test stand;
  • FIG. 2 represents various intermediate structures obtained during the fabrication process of the reconfigurable microwave device represented in FIG. 1
  • FIG. 3 represents the evolution of the resonance frequency of the reconfigurable microwave device of FIG. 1, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements of the device;
  • FIG. 4 represents a reconfigurable microwave device according to the invention, whose performances have been determined by numerical simulation
  • FIG. 5 shows the evolution of the resonance frequency of the reconfigurable microwave device of FIG. 4, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements of the device;
  • FIG. 6 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a phase-shifter whose performance has been determined by digital simulation
  • FIG. 7 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a cavity based on frequency-selective surfaces
  • FIG. 8 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely an array of reflectors
  • FIG. 9 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a phased array of antennas
  • FIG. 10 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a frequency filter
  • FIG. 11 which comprises FIGS. 11 (a) and 11 (b), shows a reconfigurable microwave device according to the invention, in which the energy supply is carried out by a coplanar waveguide, respectively according to FIG. a sectional view and a partial top view;
  • FIG. 12 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, wherein there is provided an electromagnetic waveguide
  • FIG. 13 represents a reconfigurable microwave device according to the invention, in which the means for deforming the membrane is an active means of the peristaltic micropump type;
  • FIG. 14, which comprises FIGS. 14 (a) to 14 (f), represents various intermediate structures obtained during the fabrication process of the reconfigurable microwave device shown in FIG. 13;
  • FIG. 15 comprises FIGS. 15 (a) and 15 (b), which respectively represent an alternative embodiment of a means having a magnetic function such as a permanent magnet and an electromagnetic type active medium, such as a coil, to deform the membrane of the device;
  • FIG. 16 which comprises FIGS. 16 (a) to 16 (f), represents various intermediate structures obtained during the course of method of manufacturing the reconfigurable microwave device shown in Fig. 15 (a).
  • a reconfigurable microwave device 1 comprises a mechanical support 2 for at least one elastically deformable membrane 3, a first electrical conductor 4 disposed on the membrane 3, at least one dielectric element 9, 9 ', 31, 32, a second electrical conductor 5, 21 electrically isolated from the first electrical conductor 4 and a means 6 for deforming the membrane 3.
  • the means 6 is generally a means for actively controlling the deformation of the membrane 3.
  • the second electrical conductor 5, 21 is generally disposed below the dielectric element 9, 9 '. It is understood that the dielectric element 9, 9 'then makes it possible to electrically isolate the second electrical conductor 5, 21 of the first electrical conductor 4.
  • the membrane 3 has an elastic modulus (Young's modulus) less than or equal to 500 MPa, for example between 0.1 MPa and 500 MPa.
  • the elastic modulus of the membrane 3 is between 0.1 MPa and 300 MPa, or between 0.1 MPa and 200 MPa, and more preferably between 0.1 MPa and 150 MPa, or even between 0.1 MPa and 10 '. 0MPa.
  • the membrane 3 can be made from a single material or several materials, associated or likely to be in the form of alloys.
  • the membrane 3 may also be made of a textured or micro-machined material. These materials may have isotropic or anisotropic properties.
  • the elastic modulus is generally defined for an isotropic material. It is conceivable to define an equivalent elastic modulus for anisotropic materials, which it is understood that it could be evaluated by a method similar to that of determining the elastic modulus of an isotropic material. However, throughout the following description, an elastic modulus may relate to an isotropic or anisotropic material.
  • the elastic modulus of the membrane 3 is in accordance with the values mentioned above.
  • the elastic modulus can be determined by a conventional tensile test. The determination of the elastic modulus then takes place in the zone of linear deformation of the example material, the elastic modulus can be determined by the relation
  • a material that may be suitable in the context of the invention is a silicone polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • Another example of a material that may be suitable is an elastomer.
  • the thickness of the membrane 3 can range from micron to a few millimeters.
  • the membrane 3 may have a rectangular, square or other shape, its total surface being related to the frequency at which the reconfigurable microwave device 1 is supposed to work. These data remain related to the intended application.
  • the means 6 for deforming the membrane 3 is adapted to exert a deformation force on the membrane 3, the value of which can make it possible to exploit to the maximum the deformation properties of this membrane 3.
  • the means 6 is capable of modifying the distance H between the two electrical conductors 4, 5 to at least 100%.
  • the means 6 for deforming the membrane 3 may furthermore modify the distance H between the two electrical conductors 4, 5 up to less than 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% or at least 1000%.
  • the means 6 for deforming the membrane 3 can be chosen from an electromagnetic, fluidic, magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on a thermal shape memory alloy or a magnetic shape memory alloy.
  • FIG. 1 represents a reconfigurable microwave antenna of microstrip type, according to the invention, which has been experimentally tested.
  • FIG. 1 (a) is a diagram of this device without the actuating means 6, in this case fluidic and FIG. 1 (b) the same device with the actuating means 6.
  • FIG. 1 (c) is as for it a photograph of the test bench used and on which one distinguishes the deformed membrane 3 on which is located the radiating element 7 of the antenna and its ribbon 8 of feeding.
  • the deformable membrane 3 is made of polydimethylsiloxane (also known by the acronym PDMS). This material can be described as ultra-soft compared to existing membranes made for example of metal or polyimide (Kapton). Indeed, the PDMS has in particular a very weak elastic modulus, of the order of MPa.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the membrane 3 has a thickness of 20 ⁇ .
  • the mechanical support 2 is also made of PDMS with a thickness of 200 m. This support is also disposed at the periphery of the deformable membrane 3, so that a volume of air 9 '(dielectric) is released under the membrane 3.
  • the first electrical conductor 4, disposed on the upper face of the membrane 3, comprises a radiating element 7 ("patch")
  • the radiating element 7 has a square shape, side L.
  • the first electrical conductor 4 is gold.
  • the second electrical conductor 5 forms a ground plane of the antenna, in this case copper. It is disposed under the mechanical support 2. The electrical insulation between the two electrical conductors 4, 5 is therefore via the mechanical support 2 PDMS. Part of this plane of mass 5 therefore extends under the volume of air.
  • the distance between the two electrical conductors 4, 5 is denoted H.
  • the fluidic means 6 used in this experiment is a system consisting of a syringe pump 6a, a sealed cavity 6c (non-deformable) disposed under the second electrical conductor 5 forming a ground plane and a fluidic conduit 6b connecting the syringe driver to the sealed cavity 6c.
  • the actuation of the syringe driver 6a makes it possible to inject or withdraw air into the cavity in order to deform the membrane 3.
  • the resonance frequency F res of such an antenna is provided by the relation:
  • the distance between the electrical conductors 4,5 varies and consequently the overflow of the AL field, the effective length L e and the effective permittivity s e vary. Consequently, a variation of the resonance frequency of the antenna F res is obtained.
  • FIG. 1 A method for producing this reconfigurable microstrip microwave antenna is shown in FIG.
  • a sacrificial layer of molybdenum is first deposited on a silicon substrate, FIG. 2 (a).
  • a gold layer of a few tens of nm is made by evaporation then patterned by a process called "lift-off", using a resin as a mask, Figure 2 (b).
  • a resin mold is then prepared by photolithography.
  • Gold is deposited by electrolysis in this mold, on the previously deposited gold pattern, in order to form a gold layer of thickness close to the pm, this layer being intended to form the first electrical conductor 4 of FIG.
  • a titanium layer of about ten nm thick is deposited by sputtering or evaporation, and then deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) according to the English terminology meaning plasma-assisted chemical vapor deposition.
  • PECVD Plasma-assisted chemical vapor deposition
  • PDMS is spin-coated on the Ti / SiO 2 bilayer, this bilayer serving as a means of hooking between the PDMS and gold. Then, a PDMS frame, having a cavity, is glued after activation to ultraviolet or oxygen plasma on the PDMS previously coated. The resulting structure is shown in Figure 2 (e).
  • the sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed.
  • the structure thus released is transferred to a copper layer intended to form the second electrical conductor 5 (ground plane of the antenna), FIG. 2 (f).
  • the fluidic means 6 is then added in the following manner to the structure of Figure 2 (f).
  • a sealed cavity fluidly connected to the structure of Figure 2 (f) via one or more holes in the ground plane 5, is secured to this structure.
  • a syringe pump is fluidly connected to this sealed cavity.
  • FIG. 3 represents the evolution of the resonance frequency F res of the antenna of FIG. 1, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements 4, 5.
  • the curve thus obtained is denoted "experiment”.
  • the volume of air injected by the fluidic means 6 is a few tens of pl. In the case in point, about 80 ⁇ of air has been injected to change the distance H from 200 ⁇ to 575 ⁇ . It is possible to inject a larger volume of air, for example up to 300 ⁇ to obtain a value of H of the order of 2 mm, but at the cost of a degradation of the performance of the antenna.
  • the reconfigurable microwave antenna tested has therefore shown that it was able to provide high agility over a frequency band extending over 4.5GHz.
  • Existing mechanical reconfiguration techniques provide much lower agility.
  • the antenna retains a reflection coefficient of less than -10 dB, bandwidth and gain (> 4 dB) remaining consistent for real use.
  • FIG. 3 also shows the same evolutions with an analytical model described by Balanis in CA Balanis, Antenna Theory and Design, Wiley, 1982, and numerical simulations carried out with commercial software, namely CST Microwave Studio and Ansoft HFSS. .
  • the thickness of the alumina layer was set at 150 ⁇ .
  • FIG. 5 represents the evolution of the resonance frequency F res of the antenna as a function of the distance H between the two electrical conductors 4, 5.
  • the resonant frequency changes only slightly. Indeed, when the distance H between the two electrical conductors 4, 5 increases, the overflow of the field AL increases (and therefore the effective length L e of the antenna), which tends to decrease the resonance frequency of the 'antenna. On the other hand, when H increases, the effective permittivity decreases which tends to increase the resonance frequency of the antenna. The effect related to the effective permittivity is greater when a solid dielectric 9 such as alumina is used. The slight evolution thus observed is related to the compensation of the two effects mentioned above.
  • the antenna retains a reflection coefficient of less than -10 dB, the bandwidth and gain remaining consistent for actual use.
  • the first electrical conductor 4 is not formed by a radiating element powered by a ribbon but by a microstrip line 71.
  • This phase shifter was simulated numerically with the Ansoft HFSS software. For this, a microstrip line of 1cm long over 390 ⁇ wide is provided. The other characteristics (thickness of the different elements ...) are identical to the structure of FIG.
  • the results of the simulation are given in Table 1 below, at a resonance frequency of 60 GHz.
  • the position H 350 ⁇ m (150 ⁇ m of alumina + 180 ⁇ m of air + 20 ⁇ m for the PDMS membrane) corresponds to a position of the membrane for which the means for deforming the membrane exerts no force on the membrane.
  • FIGS. 7 to 10 represent four other types of reconfigurable microwave devices according to the invention, namely respectively a cavity based on frequency selective surfaces, a reflector grating, a phased array and a filter.
  • FIGS. 7 to 10 comprise a mechanical support 2 of an elastically deformable membrane 3, a first electrical conductor 4 disposed on the membrane 3, a second electrical conductor 5 electrically isolated from the first electrical conductor 4 and means for deforming the membrane (not shown).
  • the membrane 3 used in these structures has mechanical characteristics similar to those used in the reconfigurable hyperfrequency device (antenna) tested experimentally (FIG. 1).
  • the membrane 3 may be made of a silicone polymer such as polydimethylsiloxane.
  • a frequency selective surface base cavity shown in FIG. 7 may comprise two deformable membranes 31, 32 arranged on either side of the mechanical support 2.
  • the first electrical conductor 4, disposed on the upper membrane 31, can then be formed of an inductive grid, for example continuous or discontinuous capacitive.
  • the second electrical conductor 5 may be in the form of a grid, continuous or discontinuous, or more simply a reflective plane and is arranged on the lower membrane 32. With respect to the structure shown in FIG. 1, a lower membrane is therefore inserted between the second electrical conductor 5 and the mechanical support 2. The electrical insulation between the two conductors 4, 5 is effected in particular by the membranes 31. , 32 and possibly by the mechanical support 2 itself.
  • the excitation of the cavity formed by the conductors 4 and 5 can be effected by a plane wave, represented by the arrows "E inC idente" or by direct excitation with the aid of a waveguide. wave or a printed line.
  • FIG. 1 A reconfigurable microwave reflective grating is shown in FIG.
  • Such a network may comprise n deformable membranes on each of which is a reflector.
  • the membranes are supported by the mechanical support 2, which defines a cavity under each deformable membrane 3.
  • This cavity is generally filled with a dielectric fluid 9 'such as air, closed in its lower part by the second electrical conductor 5, or, as shown in FIG. 8, by a layer of solid dielectric such as a layer of alumina disposed between the mechanical support 2 and the second electrical conductor 5.
  • a dielectric fluid 9 ' such as air
  • a layer of solid dielectric such as a layer of alumina disposed between the mechanical support 2 and the second electrical conductor 5.
  • a means for deforming the membrane 3 can be associated with each of the n membranes individually. It is thus possible to introduce a phase shift between the different beams reflected by each of the n reflectors. This then makes it possible to make beam synthesis.
  • the control of the deformation of each reflector of the network makes it possible to control the direction of reflection of the network.
  • the first electrical conductor 4 may comprise a supply ribbon 8, divided into n parallel parallel microstrip lines each comprising a phase-shifter 10 followed by a radiating element 7.
  • each deformable membrane 3, 3 ' is held by the mechanical support 2 whose shape makes it possible to define a cavity, generally filled with a dielectric fluid such as air, closed in its lower part by the second electrical conductor 5 (plane of mass), or, as shown in FIG. 9, by a solid dielectric layer such as a layer of alumina disposed between the mechanical support 2 and the second electrical conductor 5.
  • a dielectric fluid such as air
  • Each phase-shifter 10 and / or each radiating element 7 can be controlled by a dedicated means of deformation of the membrane 3, 3 'on which it is arranged.
  • a reconfigurable microwave filter is shown in FIG.
  • reconfigurable hyperfrequency devices described in support of FIGS. 1, 4, 6, 9 and 10 implement energy transmission technologies based on guided propagation, for example a microstrip line connected to a microwave source.
  • the reconfigurable microwave devices described in support of Figures 7 and 8 implement, in turn, an electromagnetic wave in free space for interacting with the structure.
  • the first electrical conductor 4 is constituted by a central ribbon and the second electrical conductor 5 of two-half planes, acting as a ground plane, arranged on either side of the central ribbon 4. comprises in this case, that the membrane 3 can electrically isolate the two electrical conductors 4, 5 from one another.
  • a third electrical conductor 51 can be provided.
  • the presence of this third electrical conductor 51 constitutes a variant (GBCPW for Ground Backed CoPlanar Waveguide according to the English terminology) of the coplanar technology, which is precisely represented in FIG. 11.
  • the couplings between the electrical conductors 4, 5 are modified so as to reconfigure the microwave device. More precisely, when the means 6 for deforming the membrane is actuated, this modifies the distance H between the central ribbon 4 and any one of the two half-planes forming the second electrical conductor 5, which modifies the electrical characteristics of the microwave device. , including the equivalent permittivity.
  • FIG. 1 Another variant, using a waveguide, is shown in FIG. 1
  • the first electrical conductor 4 (capacitive load) is disposed on the deformable membrane 3.
  • the deformable membrane 3 rests on a mechanical support 2 via a solid dielectric layer 9, for example alumina.
  • a volume of fluid dielectric 9 ' such that the air is provided between the dielectric layer 9 and the deformable membrane 3.
  • the mechanical support 2 extends below the solid dielectric layer 9, substantially perpendicular to it. Furthermore, it then has an inner face 21 covered with an electrically conductive material for guiding the wave.
  • the entire mechanical support 2 is made of an electrically conductive material, for example metal. Under these conditions, the inner face of the mechanical support 2 is also made with the same electrically conductive material.
  • the inner face 21 of the mechanical support 2 thus forms the second electrical conductor.
  • the distance H between the inner face 21 (second electrical conductor) and the first electrical conductor 4 is shown in FIG. 12. It can be more precisely defined as being the distance separating the first electrical conductor 4 from the plane perpendicular to the upper face 22 of the support 2, this upper face 22 being the face closest to the first electrical conductor 4.
  • the means 6 for deforming the membrane 3 is capable of modifying this distance H to at least 100%.
  • the means 6 for deforming the membrane 3 can moreover modify the distance H between the two electrical conductors 4, 5 up to at least 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% or even up to at least 1000%.
  • the dielectric fluid 9 which is generally air could also be a liquid or a colloidal solution.
  • the dielectric element 9 may, when it is used, be a multiphasic material, such as a foam. More generally, the solid dielectric element 9 may be chosen from alumina, glasses, teflon glasses, quartz, teflon, polyimides, a liquid crystal polymer, a foam or a microwave substrate.
  • a means for controlling the state of deformation of the membrane 3 may be disposed thereon. It may for example be a piezo-resistive gauge.
  • the reconfigurable hyperfrequency device experimentally tested comprises a fluidic means for deforming the membrane, in this case a syringe pump, an orifice being provided in the device for injecting a dielectric fluid such as air under the membrane 3.
  • FIG. 13 A microwave device whose fluidic means 6 is a peristaltic pump is shown in FIG. 13. This peristaltic micropump 6 can inject or take up air in the cavity situated between the membrane 3 and the second electrical conductor 5, via of an orifice 12.
  • the fluidic means 6 is, in this case, formed by three cavities 61, 62, 63 in series. These cavities are connected to one another by communication orifices (not referenced) for a dielectric fluid, namely air in these experiments.
  • the air enters the fluidic medium 6 through an inlet port E.
  • each of these cavities 61, 62, 63 comprises an ultrasonic diaphragm 64, 65, 66 similar to the membrane 3 on which the first electrical conductor 4 is disposed.
  • These membranes are in this case made of PDMS.
  • a permanent magnet 67, 68, 69 is inserted into each of the membranes 64, 65, 66 respectively.
  • An electromagnetic coil 670, 680, 690 is housed in a support 22, vis-à-vis, respectively, of a permanent magnet 67, 68, 69.
  • Permanent magnets 67, 68, 69 may for example be made of NdFeB (Neodynium-Iron-Boron) or SmCo (Samarium-Cobalt). Typically, they are characterized by remanence of the order of Tesla.
  • This peristaltic pump can provide flow rates up to a few tens of ⁇ / min, generally less than 100pl / min.
  • the power of such a pump is of the order of a few hundred milliWatts.
  • FIG. 14 represents various structures obtained in the manufacturing method of the reconfigurable microwave device of FIG. 13.
  • Steps (a) to (d) shown in Fig. 14 are the same as steps (a) to (d) shown in Fig. 2.
  • PDMS is spin coated on the Ti / SiO 2 bilayer, with several magnets.
  • the bilayer serves as a means of hanging between PDMS and gold.
  • a PDMS frame having several cavities (in this case four) interconnected by orifices, is glued after activation with ultraviolet or oxygen plasma on the PDMS previously coated.
  • the resulting structure is shown in Fig. 14 (e).
  • the sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed.
  • the structure thus released is transferred to a copper layer intended to form the second electrical conductor 5.
  • An additional support comprising several magnetic means (in this case coils) is secured to the structure.
  • FIG. 14 (f) is obtained.
  • the first electrical conductor 4 may also have a magnetic function
  • the means 6 for deforming the membrane 3 is a means for applying a controllable magnetic field 11 intended to interact with the first electrical conductor 4.
  • the first electrical conductor 4 may be a permanent magnet or a ferromagnetic material.
  • the means 11 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a moving magnet or a magnetoelectric compound.
  • the first electrical conductor 4 can be made from one of the following elements: SmCo (Samarium-Cobalt), AINiCo (Aluminum-Nicket-Cobalt), FePt (Iron-Platinum), NdFeB (Neodynium-Iron -Bore), Fe-Ni alloys, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, Iron alloys, Cobalt alloys, Nickel alloys.
  • SmCo Sudarium-Cobalt
  • AINiCo Alluminum-Nicket-Cobalt
  • FePt Iron-Platinum
  • NdFeB Neodynium-Iron -Bore
  • Fe-Ni alloys Fe-Ni-Mo
  • Ni Co
  • Co Iron alloys
  • Cobalt alloys Nickel alloys.
  • FIGS. 15 (a) and 15 (b) show two variants, provided by way of example, of implantation within the microwave device reconfigurable, the first electrical conductor 4 having a permanent magnet function, and the coil 11.
  • the reconfigurable microwave device is shown with two dielectrics between the two conductors 4, 5, namely a dielectric fluid such as air ("dielectric No. 1") in contact with the membrane 3, the below which is disposed a solid dielectric 9 (“dielectric No. 2”), for example alumina or made of a multiphase material such as a foam.
  • a dielectric fluid such as air
  • dielectric No. 2 a solid dielectric 9
  • alumina for example alumina or made of a multiphase material such as a foam.
  • the deformable membrane 3 is located from the upper part of the mechanical support 2 and extends towards the outside of the reconfigurable microwave device, the electromagnetic coil 11 being in turn housed in a formed cavity under the second electrical conductor 5.
  • Fig. 15 (b) the position of the diaphragm and the first electrical conductor disposed thereon on the one hand and the position of the second dielectric member disposed on the solid dielectric member 9 are reversed.
  • the deformable membrane 3 thus extends inside the reconfigurable microwave device, the electromagnetic coil 11 being housed in a cavity formed under the membrane 3.
  • a method of manufacturing the reconfigurable microwave device 1 shown in Fig. 15 (a) is provided in Fig. 16, the first electrical conductor 4 being made of a SmCo alloy.
  • a sacrificial layer of molybdenum is first deposited on a silicon substrate. Then, a positive resin is patterned by photolithography. A Cr / SmCo / Cr trilayer is then deposited by sputtering and then patterned by a lift-off process. The structure thus obtained is shown in Figure 16 (a). Typically, the layers of chromium have a thickness of about 100 nm, and the SmCo layer has a thickness of about 2 m. This structure is then annealed at a temperature of 550 ° C under vacuum. The resulting structure is shown in Figure 16 (b).
  • Another positive resin is then deposited by photolithography and a Ti / SiO 2 bilayer is deposited.
  • the deposition of the Ti layer is carried out by spraying to a thickness of about 50 nm. It is followed by the deposition of the Si0 2 layer, over a thickness of 50nm also, by PECVD. A "lift-off" pattern is then performed. The structure then obtained is shown in FIG. 16 (c).
  • the sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed.
  • the structure thus released is transferred to a copper layer provided with a solid dielectric 9, for example alumina, this copper layer being intended to form the second electrical conductor 5, Figure 16 (e).
  • an electromagnetic coil 11 and an additional support element are added to the structure of FIG. 16 (e) in order to produce the electromagnetic means for deforming the membrane 3.
  • Fig. 16 (f) corresponds to that which is thus shown in Fig. 15 (a).
  • the first electrical conductor 4 may comprise an electrical conduct itself and a magnetic element separate from said conductor.
  • the magnetic element can be chosen from NdFeB (Neodymium-Iron-Boron), ferrites, rare earths or alloys and iron compounds.
  • NdFeB Neodymium-Iron-Boron
  • ferrites rare earths or alloys and iron compounds.
  • the structures shown in Figures 15 (a) and 15 (b) may also apply here.
  • the process illustrated in FIG. Correspondence with the device of Figure 1 (a) can be used, step (a) then consisting in providing the deposition of a magnetic element and the actual electrical conductor.
  • the magnetic element may be a permanent magnet or a ferromagnetic material.
  • the means 1 1 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric compound.
  • the deformable membrane 3 may have a magnetic function, the means 6 for deforming the membrane 3 being a means 11 for applying a controllable magnetic field intended to interact with the membrane 3.
  • the magnetic function provided by the membrane 3 can be that of a permanent magnet or a ferromagnetic material.
  • the means 1 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric compound.
  • the deformable membrane 3 may comprise a magnetic powder.
  • the membrane 3 may be a composite material comprising 50% PDMS and 50% magnetic powder.
  • the magnetic powder may be ferrite powder. If for example it is the ferrite powder referenced HM 410, one can obtain a membrane 3 having a permanent magnet function remanence of 0.03 Tesla.
  • the magnetic powder may be selected from a powder of NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, Fe alloys, Ni alloys, Co. alloys.
  • FIG. 2 can be used with a membrane comprising a magnetic powder, and the addition of a final step corresponding to the step shown in FIG. 16 (f).
  • a fluidic or electromagnetic means 6 for deforming the membrane 3 as described above can be used indifferently with any of the structures described in support of FIGS. 4 and 6 to 12.
  • a magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means based on a thermal shape memory alloy or magnetic shape memory alloy.
  • these alternative means are adapted to exert a deformation force on the membrane 3 whose value is compatible with the deformation properties of this membrane 3, so as to make the best use of the deformation capabilities of the membrane 3.

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Abstract

The invention relates to a reconfigurable hyperfrequency device (1) characterised in that said device includes: a mechanical mounting (2) for at least one elastically deformable membrane (3), said membrane (3) having a modulus of elasticity that is no higher than 500 MPa; at least one first electric conductor (4) arranged on the membrane; at least one dielectric element (91); at least one second electric conductor (5, 21) electrically insulated from the first electric conductor (4); and a means (6) for deforming the membrane (3), said means (6) being suitable for exerting a deformation force capable of modifying the distance H between the first electric conductor (4) and the second electric conductor (5, 21) to at least 100%.

Description

DISPOSITIF HYPERFREQUENCE RECONFIGURABLE A MEMBRANE DEFORMABLE  RECONFIGURABLE HYPERFREQUENCY DEVICE WITH DEFORMABLE MEMBRANE
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs hyperfréquence reconfigurables. The present invention relates to the field of reconfigurable microwave devices.
Par dispositif hyperfréquence, on entend un dispositif fonctionnant à des fréquences comprises entre 0,3GHz et 300 GHz, ce qui correspond à des longueurs d'onde comprises entre 100 cm et 1 mm.  By microwave device is meant a device operating at frequencies between 0.3GHz and 300 GHz, which corresponds to wavelengths between 100 cm and 1 mm.
La présente invention se rapporte par exemple aux antennes hyperfréquence reconfigurables. Parmi ces antennes, la présente invention peut notamment se rapporter aux antennes hyperfréquence microrubans reconfigurables.  The present invention relates for example to reconfigurable microwave antennas. Among these antennas, the present invention may particularly relate to reconfigurable microwave microstrip antennas.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à ces antennes et peut concerner d'autres types de dispositifs hyperfréquence.  However, the invention is not limited to these antennas and may relate to other types of microwave devices.
Parmi ces dispositifs, on peut citer, de façon non limitative, les déphaseurs accordables en fréquence, des cavités à base de surface sélective en fréquence, des réseaux réflecteurs, des réseaux phasés ou des filtres accordables en fréquence.  These devices include, but are not limited to, frequency tunable phase shifters, frequency selective surface based cavities, reflector gratings, phased arrays, or frequency tunable filters.
Un dispositif hyperfréquence peut trouver application pour des applications de communication sans fil par exemple dans un réseau de capteurs, ou alors de détection de caractéristiques d'objets à distance par exemples des radars anti-collisions ou dans des systèmes d'atterrissage autonomes d'aéronefs.  A microwave device can be used for wireless communication applications, for example in a sensor network, or for detecting remote object characteristics, for example anti-collision radars or in autonomous aircraft landing systems. .
Les dispositifs hyperfréquence reconfigurables existants peuvent être classés en deux grandes familles.  Existing reconfigurable microwave devices can be classified into two large families.
Nous présentons ci-dessous des antennes hyperfréquence accordables en fréquence appartenant à ces deux familles. Dans la première famille, l'approche consiste à modifier la longueur effective de l'antenne hyperfréquence en utilisant des microinterrupteurs électroniques actifs, par exemple de type diodes PIN, varacteur ou microinterrupteur MEMS (pour « Micro Electro-Mechanical Systems » selon la terminologie anglo-saxonne). We present below frequency tunable microwave antennas belonging to these two families. In the first family, the approach consists in modifying the effective length of the microwave antenna by using active electronic microswitches, for example of the PIN diode, MEMS micro-switch or micro-switch type (for "Micro Electro-Mechanical Systems" according to the English terminology). -saxonne).
A titre d'exemple, le document « Design of Reconfigurable Slot Antennas », D. Peroulis & al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 53 (2), pp. 645-654, 2005 (D1) propose une antenne microruban comportant plusieurs interrupteurs de type diodes PIN le long du ruban d'alimentation de l'antenne.  For example, the document "Design of Reconfigurable Slot Antennas", D. Peroulis et al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 53 (2), pp. 645-654, 2005 (D1) provides a microstrip antenna having a plurality of PIN diode switches along the antenna feed ribbon.
La fréquence de résonance de l'antenne est ainsi adaptée en fonction de l'actionnement des interrupteurs. Compte tenu du positionnement de ces interrupteurs le long du ruban, on peut ainsi obtenir une antenne capable d'émettre sur une large bande de fréquences. Cette capacité de l'antenne à fonctionner sur plusieurs fréquences est appelée agilité.  The resonant frequency of the antenna is thus adapted as a function of the actuation of the switches. Given the positioning of these switches along the ribbon, it is possible to obtain an antenna capable of transmitting over a wide frequency band. This ability of the antenna to operate on multiple frequencies is called agility.
Dans le cas présent, les auteurs ont prévu quatre microinterrupteurs permettant de couvrir une gamme de fréquences comprise entre 540MHz et 890MHz, mais des hyperfréquences voisines du GHz pourraient probablement être obtenues avec cette antenne.  In the present case, the authors have provided four microswitches to cover a frequency range between 540MHz and 890MHz, but microwave frequencies near GHz could probably be obtained with this antenna.
De manière générale, ces dispositifs sont coûteux en énergie car ils nécessitent des composants électroniques actifs pour reconfigurer l'antenne en fréquence.  In general, these devices are expensive in energy because they require active electronic components to reconfigure the antenna in frequency.
De plus, leur montée en fréquence dans le domaine millimétrique ou au-delà (fréquences supérieures à 30GHz) est problématique, pour des raisons d'augmentation des pertes des microinterrupteurs, de complexité et du coût de ce type d'antennes.  In addition, their rise in frequency in the millimeter range or beyond (frequencies above 30 GHz) is problematic, for reasons of increased loss of microswitches, complexity and cost of this type of antennas.
Dans la deuxième famille, l'approche consiste à modifier sa permittivité effective et/ou la longueur effective de l'antenne hyperfréquence par une déformation mécanique.  In the second family, the approach consists in modifying its effective permittivity and / or the effective length of the microwave antenna by a mechanical deformation.
Par exemple, le document « Frequency-agile microstrip patch antenna using a reconfigurable mems ground plane », R. Al-Dahleh & al. Microwave and Optical Technology Letters, vol. 43(1), pp. 64-67, 2004 (D2) propose de modifier la permittivité effective d'une antenne hyperfréquence microruban, par l'utilisation d'une membrane métallique déformable par voie électrostatique. For example, the document "Frequency-agile microstrip patch antenna using a reconfigurable ground plane mems", R. Al-Dahleh & al. Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 43 (1), pp. 64-67, 2004 (D2) proposes to modify the effective permittivity of a microstrip microwave antenna, by the use of an electrostatically deformable metal membrane.
L'élément rayonnant de l'antenne est disposé sur la face supérieure d'un substrat en verre (rigide), lequel présente sur sa face inférieure la membrane métallique. Le substrat et la membrane sont supportés par des moyens de support disposés à leurs circonférences afin d'obtenir un volume d'air sous la membrane. Les supports reposent par ailleurs sur la face supérieure d'une couche d'isolation électrique, cette dernière comportant sur sa face inférieure une électrode de l'actionneur électrostatique, dont la masse est la membrane elle-même.  The radiating element of the antenna is disposed on the upper face of a glass substrate (rigid), which has on its underside the metal membrane. The substrate and the membrane are supported by support means arranged at their circumferences to obtain a volume of air under the membrane. The supports also rest on the upper face of an electrical insulation layer, the latter having on its underside an electrode of the electrostatic actuator, whose mass is the membrane itself.
Lorsque l'actionneur électrostatique est activé, la distance entre l'électrode et la membrane (plan de masse) varie, ce qui aboutit à la modification de la permittivité effective de l'antenne.  When the electrostatic actuator is activated, the distance between the electrode and the membrane (ground plane) varies, which results in the modification of the effective permittivity of the antenna.
Les auteurs précisent qu'ils ont pu obtenir une variation de l'ordre de 1GHz (agilité) environ de la fréquence de résonance de l'antenne, entre 16,8GHz et 17,82GHz.  The authors specify that they were able to obtain a variation of the order of 1GHz (agility) approximately of the resonance frequency of the antenna, between 16.8GHz and 17.82GHz.
Un autre exemple est précisé dans le document « MEMS- based Frequency Switchable Microstrip Patch Antenna Fabricated Using Printed Circuit Processing Techniques », R. Goteti & al., IEEE Antennas and Wirel. Propag. Lett, vol. 5(1), pp. 228-230, 2006 (D3).  Another example is specified in the document "MEMS-based Frequency Switchable Microstrip Patch Antenna Fabricated Using Printed Circuit Processing Techniques", R. Goteti et al., IEEE Antennas and Wirel. Propagated. Lett, vol. 5 (1), pp. 228-230, 2006 (D3).
Ce document propose de modifier la permittivité effective et la longueur effective d'une antenne hyperfréquence microruban, par l'utilisation d'une membrane sur laquelle est montée l'élément rayonnant de l'antenne, la membrane étant déformable par voie électrostatique.  This document proposes to modify the effective permittivity and the effective length of a microstrip microwave antenna, by the use of a membrane on which is mounted the radiating element of the antenna, the membrane being deformable electrostatically.
Plus précisément, l'élément rayonnant de l'antenne est disposé sur la face supérieure d'une membrane en polyimide (Kapton). La membrane est supportée par des moyens de support disposés à sa circonférence afin de définir un volume d'air sous la membrane. Les supports reposent par ailleurs sur la face supérieure d'une couche d'isolation électrique, formant un plan de masse. More precisely, the radiating element of the antenna is disposed on the upper face of a polyimide membrane (Kapton). The membrane is supported by support means disposed at its circumference to define a volume of air under the membrane. Media also rest on the upper face of an electrical insulation layer, forming a ground plane.
Lorsque qu'une tension électrique est appliquée entre l'élément rayonnant et le plan de masse, la membrane en polyimide se déforme sous l'effet la force générée par l'interaction électrostatique. La distance entre l'élément rayonnant et le plan de masse est alors modifiée, ce qui implique une modification de la permittivité effective du substrat et donc de la fréquence de résonance de l'antenne.  When a voltage is applied between the radiating element and the ground plane, the polyimide membrane deforms under the effect of the force generated by the electrostatic interaction. The distance between the radiating element and the ground plane is then modified, which implies a modification of the effective permittivity of the substrate and therefore of the resonance frequency of the antenna.
Les auteurs précisent qu'ils ont pu obtenir une variation de l'ordre de 0,39GHz de la fréquence de résonance de l'antenne (agilité), entre 17,95GHz et 18,34GHz.  The authors specify that they were able to obtain a variation of the order of 0.39GHz of the antenna resonance frequency (agility), between 17.95GHz and 18.34GHz.
Les antennes hyperfréquence reconfigurables présentées dans ces références sont basées sur un principe plus simple et moins coûteux que les antennes reconfigurables utilisant des microinterrupteurs électroniques actifs. Par ailleurs, ils permettent d'obtenir des antennes hyperfréquence reconfigurables à moindre coût pour des fréquences pouvant atteindre 20GHz.  The reconfigurable microwave antennas presented in these references are based on a simpler and less expensive principle than reconfigurable antennas using active electronic microswitches. Moreover, they make it possible to obtain reconfigurable microwave antennas at a lower cost for frequencies up to 20 GHz.
Cependant, ces antennes présentent une agilité encore limitée pour les applications envisagées. Par ailleurs, leur montée en fréquence dans le domaine millimétrique est non prouvée.  However, these antennas have a still limited agility for the intended applications. Moreover, their rise in frequency in the millimeter domain is unproven.
Un objectif de l'invention est ainsi de proposer un dispositif hyperfréquence reconfigurable simple, à coût réduit et permettant d'obtenir des capacités de reconfiguration améliorées. ,  An object of the invention is thus to provide a simple reconfigurable microwave device at reduced cost and to obtain improved reconfiguration capabilities. ,
Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif hyperfréquence reconfigurable en outre capable d'obtenir ces avantages dans le domaine millimétrique, à savoir typiquement pour des hyperfréquences supérieures à 30GHz.  Another object of the invention is to propose a reconfigurable microwave device which is also capable of obtaining these advantages in the millimetric range, ie typically for microwaves above 30 GHz.
Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention propose un dispositif hyperfréquence reconfigurable caractérisé en ce qu'il comprend : - un support mécanique d'au moins une membrane élastiquement déformable, ladite membrane présentant un module élastique inférieur ou égal à 500MPa; To achieve at least one of these objectives, the invention proposes a reconfigurable microwave device characterized in that it comprises: a mechanical support of at least one elastically deformable membrane, said membrane having an elastic modulus of less than or equal to 500 MPa;
- au moins un premier conducteur électrique disposé sur la membrane ; at least one first electrical conductor disposed on the membrane;
- au moins un élément diélectrique ; at least one dielectric element;
- au moins un deuxième conducteur électrique isolé électriquement du premier conducteur électrique ;  at least one second electrical conductor electrically insulated from the first electrical conductor;
- un moyen pour déformer la membrane, ledit moyen étant adapté pour exercer une force de déformation capable de modifier la distance H entre le premier conducteur électrique et le deuxième conducteur électrique jusqu'à au moins 100%.  means for deforming the membrane, said means being adapted to exert a deformation force capable of modifying the distance H between the first electrical conductor and the second electrical conductor to at least 100%.
Le dispositif pourra prévoir d'autres caractéristiques techniques de l'invention, prises seules ou en combinaison :  The device may provide other technical features of the invention, taken alone or in combination:
le moyen pour déformer la membrane est choisi parmi un moyen électromagnétique, fluidique, magnétoélastique, piézoélectrique, électrostrictif, thermique, électrorhéologique, magnétorhéologique, à base d'un alliage à mémoire de forme thermique ou d'un alliage à mémoire de forme magnétique ;  the means for deforming the membrane is selected from electromagnetic, fluidic, magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on a thermal shape memory alloy or a magnetic shape memory alloy;
la membrane est un polymère siliconé, par exemple du polydiméthylsiloxane (PDMS), ou un élastomère ;  the membrane is a silicone polymer, for example polydimethylsiloxane (PDMS), or an elastomer;
la membrane est texturée ou microusinée ;  the membrane is textured or micro-structured;
la fréquence d'opération est supérieure ou égale à 30GHz ;  the operating frequency is greater than or equal to 30GHz;
le support mécanique est réalisé avec le même matériau que la membrane ;  the mechanical support is made of the same material as the membrane;
le premier conducteur électrique présente également une fonction magnétique et le moyen pour déformer la membrane est un moyen pour appliquer un champ magnétique contrôlable destiné à interagir avec le premier conducteur électrique ;  the first electrical conductor also has a magnetic function and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field for interacting with the first electrical conductor;
le premier conducteur électrique est un aimant permanent ou un matériau ferromagnétique ; le premier conducteur électrique est réalisé à partir de l'un des éléments suivants : SmCo, AINiCo, FePt, NdFeB, un alliage Fe-Ni, un alliage Fe- Ni-Mo ou d'autres alliages de Fer ; the first electrical conductor is a permanent magnet or a ferromagnetic material; the first electrical conductor is made from one of the following: SmCo, AINiCo, FePt, NdFeB, Fe-Ni alloy, Fe-Ni-Mo alloy or other iron alloys;
le premier conducteur électrique comprend un conducteur électrique proprement dit et un élément magnétique distinct dudit conducteur et le moyen pour déformer la membrane est un moyen pour appliquer un champ magnétique contrôlable destiné à interagir avec l'élément magnétique associé au conducteur électrique ; the first electrical conductor comprises an electrical conduct itself and a magnetic element separate from said conductor and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field for interacting with the magnetic element associated with the electrical conductor;
l'élément magnétique est choisi parmi le NdFeB, les ferrites, les composés et alliages de Fer ou les composés de terres rares ; the magnetic element is selected from NdFeB, ferrites, iron compounds and alloys or rare earth compounds;
la membrane déformable présente également une fonction magnétique et le moyen pour déformer la membrane est un moyen pour appliquer un champ magnétique contrôlable susceptible d'interagir avec la membrane ; the deformable membrane also has a magnetic function and the means for deforming the membrane is a means for applying a controllable magnetic field capable of interacting with the membrane;
la membrane déformable comprend une poudre magnétique, par exemple une poudre de ferrite, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni- Mo, Ni, Co, ou une poudre d'alliages de Fer, d'alliages de Nickel ou d'alliages de Cobalt ;  the deformable membrane comprises a magnetic powder, for example a ferrite powder, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, or a powder of iron alloys, alloys of Nickel or cobalt alloys;
le moyen pour appliquer un champ magnétique contrôlable est une bobine, un conducteur parcouru par un courant électrique, un aimant mobile ou un élément magnétoélectrique ;  the means for applying a controllable magnetic field is a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric element;
le moyen pour déformer la membrane est une micropompe, par exemple péristaltique, capable d'injecter un fluide diélectrique, par exemple de l'air, des liquides ou des solutions colloïdales, entre la membrane et son support mécanique ;  the means for deforming the membrane is a micropump, for example peristaltic, capable of injecting a dielectric fluid, for example air, liquids or colloidal solutions, between the membrane and its mechanical support;
il comprend au moins deux éléments diélectriques, le premier élément diélectrique étant un fluide et le deuxième élément diélectrique étant un solide ou un matériau multiphasique tel que de la mousse ;  it comprises at least two dielectric elements, the first dielectric element being a fluid and the second dielectric element being a solid or a multiphase material such as foam;
le deuxième élément diélectrique est choisi parmi: l'alumine, les verres, les verres-téflon, le quartz, le téflon, les polyimides, un polymère à cristaux liquides, une mousse ou un substrat hyperfréquence ; il comprend un moyen de contrôle de l'état de déformation de la membrane disposé sur celle-ci, par exemple une jauge piézo-résistive ; il exerce l'une des fonctions suivantes : antenne, déphaseur, cavité à base de surfaces sélectives en fréquence, réseau phasé, réseau de réflecteurs, filtre. the second dielectric element is chosen from: alumina, glasses, teflon glasses, quartz, teflon, polyimides, a liquid crystal polymer, a foam or a microwave substrate; it comprises a means for controlling the state of deformation of the membrane disposed thereon, for example a piezo-resistive gauge; it performs one of the following functions: antenna, phase shifter, cavity based frequency selective surfaces, phased array, reflector array, filter.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention seront énoncés dans la description détaillée ci-après faite en référence aux figures suivantes:  Other features, objects and advantages of the invention will be set forth in the following detailed description with reference to the following figures:
- la figure 1 , qui comprend les figures 1 (a) à 1 (c), représente un dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, qui a été testé expérimentalement, la figure 1 (a) représentant plus précisément le dispositif sans son moyen pour déformer la membrane, la figure 1 (b) représentant le dispositif avec son moyen pour déformer la membrane et la figure 1 (c) étant une photographie du banc d'essai ;  FIG. 1, which comprises FIGS. 1 (a) to 1 (c), shows a reconfigurable microwave device according to the invention, which has been tested experimentally, FIG. 1 (a) more precisely representing the device without its means. for deforming the diaphragm, Fig. 1 (b) showing the device with its means for deforming the diaphragm and Fig. 1 (c) being a photograph of the test stand;
- la figure 2 représente différentes structures intermédiaires obtenues au cours du procédé de fabrication du dispositif hyperfréquence reconfigurable représenté sur la figure 1  FIG. 2 represents various intermediate structures obtained during the fabrication process of the reconfigurable microwave device represented in FIG. 1
- la figure 3 représente l'évolution de la fréquence de résonance du dispositif hyperfréquence reconfigurable de la figure 1 , en fonction de la distance H entre les deux éléments conducteurs électriques du dispositif ;  FIG. 3 represents the evolution of the resonance frequency of the reconfigurable microwave device of FIG. 1, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements of the device;
- la figure 4 représente un dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, dont les performances ont été déterminées par simulation numérique ;  FIG. 4 represents a reconfigurable microwave device according to the invention, whose performances have been determined by numerical simulation;
- la figure 5 représente l'évolution de la fréquence de résonance du dispositif hyperfréquence reconfigurable de la figure 4, en fonction de la distance H entre les deux éléments conducteurs électriques du dispositif ;  FIG. 5 shows the evolution of the resonance frequency of the reconfigurable microwave device of FIG. 4, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements of the device;
- la figure 6 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, à savoir un déphaseur, dont les performances ont été déterminées par simulation numérique ; - la figure 7 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, à savoir une cavité à base de surfaces sélectives en fréquence ; FIG. 6 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a phase-shifter whose performance has been determined by digital simulation; FIG. 7 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a cavity based on frequency-selective surfaces;
- la figure 8 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, à savoir un réseau de réflecteurs ;  FIG. 8 represents another reconfigurable microwave device according to the invention, namely an array of reflectors;
- la figure 9 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, à savoir un réseau phasé d'antennes ;  - Figure 9 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a phased array of antennas;
- la figure 10 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, à savoir un filtre fréquentiel ;  - Figure 10 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, namely a frequency filter;
- la figure 11 , qui comprend les figures 11(a) et 11(b), représente un dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, dans lequel l'alimentation en énergie s'effectue par un guide d'onde coplanaire, respectivement selon une vue en coupe et une vue de dessus partielle ;  FIG. 11, which comprises FIGS. 11 (a) and 11 (b), shows a reconfigurable microwave device according to the invention, in which the energy supply is carried out by a coplanar waveguide, respectively according to FIG. a sectional view and a partial top view;
- la figure 12 représente un autre dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, dans lequel il est prévu un guide d'onde électromagnétique ;  - Figure 12 shows another reconfigurable microwave device according to the invention, wherein there is provided an electromagnetic waveguide;
- la figure 13 représente un dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention, dans lequel le moyen pour déformer la membrane est un moyen actif de type micropompe péristaltique ;  FIG. 13 represents a reconfigurable microwave device according to the invention, in which the means for deforming the membrane is an active means of the peristaltic micropump type;
- la figure 14, qui comprend les figures 14(a) à 14(f), représente différentes structures intermédiaires obtenues au cours du procédé de fabrication du dispositif hyperfréquence reconfigurable représenté sur la figure 13 ;  FIG. 14, which comprises FIGS. 14 (a) to 14 (f), represents various intermediate structures obtained during the fabrication process of the reconfigurable microwave device shown in FIG. 13;
- la figure 15 comprend les figures 15(a) et 15(b), lesquelles représentent respectivement une variante d'implantation d'un moyen présentant une fonction magnétique tel qu'un aimant permanent et d'un moyen actif de type électromagnétique, telle qu'une bobine, pour déformer la membrane du dispositif ;  FIG. 15 comprises FIGS. 15 (a) and 15 (b), which respectively represent an alternative embodiment of a means having a magnetic function such as a permanent magnet and an electromagnetic type active medium, such as a coil, to deform the membrane of the device;
- la figure 16, qui comprend les figures 16(a) à 16(f), représente différentes structures intermédiaires obtenues au cours du procédé de fabrication du dispositif hyperfréquence reconfigurable représenté sur la figure 15(a). FIG. 16, which comprises FIGS. 16 (a) to 16 (f), represents various intermediate structures obtained during the course of method of manufacturing the reconfigurable microwave device shown in Fig. 15 (a).
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, un dispositif 1 hyperfréquence reconfigurable selon l'invention comprend un support mécanique 2 pour au moins une membrane 3 élastiquement déformable, un premier conducteur électrique 4 disposé sur la membrane 3, au moins un élément diélectrique 9, 9', 31 , 32, un deuxième conducteur électrique 5, 21 isolé électriquement du premier conducteur électrique 4 et un moyen 6 pour déformer la membrane 3.  Whatever the embodiment envisaged, a reconfigurable microwave device 1 according to the invention comprises a mechanical support 2 for at least one elastically deformable membrane 3, a first electrical conductor 4 disposed on the membrane 3, at least one dielectric element 9, 9 ', 31, 32, a second electrical conductor 5, 21 electrically isolated from the first electrical conductor 4 and a means 6 for deforming the membrane 3.
Le moyen 6 est généralement un moyen pour contrôler activement la déformation de la membrane 3.  The means 6 is generally a means for actively controlling the deformation of the membrane 3.
Le deuxième conducteur électrique 5, 21 est généralement disposé au-dessous de l'élément diélectrique 9, 9'. On comprend que l'élément diélectrique 9, 9' permet alors d'isoler électriquement le deuxième conducteur électrique 5, 21 du premier conducteur électrique 4.  The second electrical conductor 5, 21 is generally disposed below the dielectric element 9, 9 '. It is understood that the dielectric element 9, 9 'then makes it possible to electrically isolate the second electrical conductor 5, 21 of the first electrical conductor 4.
De plus, la membrane 3 présente un module élastique (module d'Young) inférieur ou égal à 500MPa, par exemple compris entre 0,1 MPa et 500MPa. De préférence, le module élastique de la membrane 3 est compris entre 0,1 MPa et 300MPa, ou encore entre 0,1 MPa et 200MPa, et plus préférentiellement entre 0,1 MPa et 150MPa, voire entre 0,1 MPa et 10'0MPa. In addition, the membrane 3 has an elastic modulus (Young's modulus) less than or equal to 500 MPa, for example between 0.1 MPa and 500 MPa. Preferably, the elastic modulus of the membrane 3 is between 0.1 MPa and 300 MPa, or between 0.1 MPa and 200 MPa, and more preferably between 0.1 MPa and 150 MPa, or even between 0.1 MPa and 10 '. 0MPa.
La membrane 3 peut être réalisée à partir d'un seul matériau ou de plusieurs matériaux, associés ou susceptibles de se présenter sous la forme d'alliages. La membrane 3 peut également être réalisée en un matériau texturé ou micro-usiné. Ces matériaux peuvent présenter des propriétés isotropes ou anisotropes.  The membrane 3 can be made from a single material or several materials, associated or likely to be in the form of alloys. The membrane 3 may also be made of a textured or micro-machined material. These materials may have isotropic or anisotropic properties.
Le module élastique est en général défini pour un matériau isotrope. Il est envisageable de définir un module élastique équivalent pour des matériaux anisotropes, dont on comprend qu'il pourrait être évalué par une méthode analogue à celle consistant à déterminer le module élastique d'un matériau isotrope. Toutefois, dans toute la description qui suit, un module élastique pourra concerner un matériau isotrope ou anisotrope. The elastic modulus is generally defined for an isotropic material. It is conceivable to define an equivalent elastic modulus for anisotropic materials, which it is understood that it could be evaluated by a method similar to that of determining the elastic modulus of an isotropic material. However, throughout the following description, an elastic modulus may relate to an isotropic or anisotropic material.
Dans tous les cas, le module élastique de la membrane 3 est conforme aux valeurs mentionnées ci-dessus.  In all cases, the elastic modulus of the membrane 3 is in accordance with the values mentioned above.
Il peut être déterminé par un essai de traction classique. La détermination du module élastique s'effectue alors dans la zone de déformation linéaire du matéri exemple, le module élastique peut être déterminé par la relation It can be determined by a conventional tensile test. The determination of the elastic modulus then takes place in the zone of linear deformation of the example material, the elastic modulus can be determined by the relation
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Figure imgf000011_0001
Compte tenu des propriétés mécaniques de la membrane, celle-ci peut être qualifiée d'ultrasouple. Elle s'avère en effet présenter une souplesse beaucoup plus importante que les membranes existantes, en un matériau plein de type métal ou polyimide (Kapton, par exemple).  Given the mechanical properties of the membrane, it can be described as ultrasouple. It turns out to have a much greater flexibility than existing membranes, a solid material type metal or polyimide (Kapton, for example).
Un exemple de matériau susceptible de convenir dans le cadre de l'invention est un polymère siliconé tel que le polydiméthylsiloxane (PDMS). Un autre exemple de matériau susceptible de convenir est un élastomère.  An example of a material that may be suitable in the context of the invention is a silicone polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS). Another example of a material that may be suitable is an elastomer.
Pour se fixer les idées, il faut noter que l'épaisseur de la membrane 3 peut aller du micron à quelques millimètres. Par ailleurs, la membrane 3 peut présenter une forme rectangulaire, carrée ou autre, sa surface totale étant liée à la fréquence à laquelle le dispositif hyperfréquence reconfigurable 1 est supposé fonctionner. Ces données restent liées à l'application envisagée.  To fix the ideas, it should be noted that the thickness of the membrane 3 can range from micron to a few millimeters. Furthermore, the membrane 3 may have a rectangular, square or other shape, its total surface being related to the frequency at which the reconfigurable microwave device 1 is supposed to work. These data remain related to the intended application.
Le moyen 6 pour déformer la membrane 3 est adapté pour exercer une force de déformation sur la membrane 3 dont la valeur peut permettre d'exploiter au maximum les propriétés de déformation de cette membrane 3.  The means 6 for deforming the membrane 3 is adapted to exert a deformation force on the membrane 3, the value of which can make it possible to exploit to the maximum the deformation properties of this membrane 3.
Par exemple, le moyen 6 est capable de modifier la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 jusqu'à au moins 100%.  For example, the means 6 is capable of modifying the distance H between the two electrical conductors 4, 5 to at least 100%.
Le moyen 6 pour déformer la membrane 3 peut par ailleurs modifier la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 jusqu'à au moins 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% ou encore jusqu'à au moins 1000%. The means 6 for deforming the membrane 3 may furthermore modify the distance H between the two electrical conductors 4, 5 up to less than 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% or at least 1000%.
Pour assurer cette fonction, le moyen 6 pour déformer la membrane 3 peut être choisi parmi un moyen électromagnétique, fluidique, magnétoélastique, piézoélectrique, électrostrictif, thermique, électrorhéologique, magnétorhéologique, à base d'un alliage à mémoire de forme thermique ou d'un alliage à mémoire de forme magnétique.  To ensure this function, the means 6 for deforming the membrane 3 can be chosen from an electromagnetic, fluidic, magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on a thermal shape memory alloy or a magnetic shape memory alloy.
Un premier exemple de dispositif hyperfréquence reconfigurable conforme à l'invention est décrit ci-après à l'appui de la figure 1.  A first example of a reconfigurable microwave device according to the invention is described below with reference to FIG.
La figure 1 représente une antenne hyperfréquence reconfigurable de type microruban, conforme à l'invention, qui a été testée expérimentalement. La figure 1(a) est un schéma de ce dispositif sans le moyen d'actionnement 6, en l'occurrence fluidique et la figure 1(b) ce même dispositif avec le moyen d'actionnement 6. La figure 1 (c) est quant à elle une photographie du banc d'essai utilisé et sur laquelle on distingue la membrane 3 déformée sur laquelle se situe l'élément rayonnant 7 de l'antenne et son ruban 8 d'alimentation.  FIG. 1 represents a reconfigurable microwave antenna of microstrip type, according to the invention, which has been experimentally tested. FIG. 1 (a) is a diagram of this device without the actuating means 6, in this case fluidic and FIG. 1 (b) the same device with the actuating means 6. FIG. 1 (c) is as for it a photograph of the test bench used and on which one distinguishes the deformed membrane 3 on which is located the radiating element 7 of the antenna and its ribbon 8 of feeding.
La membrane 3 déformable est en polydiméthylsiloxane (également connu sous l'acronyme PDMS). Ce matériau peut être qualifié d'ultrasouple par rapport aux membranes existantes réalisées par exemple en métal ou en polyimide (Kapton). En effet, le PDMS présente notamment un module élastique très faible, de l'ordre du MPa.  The deformable membrane 3 is made of polydimethylsiloxane (also known by the acronym PDMS). This material can be described as ultra-soft compared to existing membranes made for example of metal or polyimide (Kapton). Indeed, the PDMS has in particular a very weak elastic modulus, of the order of MPa.
La membrane 3 présente une épaisseur de 20μιη.  The membrane 3 has a thickness of 20μιη.
Le support mécanique 2 est également réalisé en PDMS, avec une épaisseur de 200 m. Ce support est par ailleurs disposé à la périphérie de la membrane déformable 3, si bien qu'un volume d'air 9' (diélectrique) est dégagé sous la membrane 3.  The mechanical support 2 is also made of PDMS with a thickness of 200 m. This support is also disposed at the periphery of the deformable membrane 3, so that a volume of air 9 '(dielectric) is released under the membrane 3.
Le premier conducteur électrique 4, disposé sur la face supérieure de la membrane 3, comporte un élément rayonnant 7 (« patch ») alimenté par un ruban 8. L'élément rayonnant 7 présente une forme carrée, de côté L. Dans le cas d'espèce, le premier conducteur électrique 4 est en or. The first electrical conductor 4, disposed on the upper face of the membrane 3, comprises a radiating element 7 ("patch") The radiating element 7 has a square shape, side L. In the case in point, the first electrical conductor 4 is gold.
Le deuxième conducteur électrique 5 forme un plan de masse de l'antenne, en l'occurrence en cuivre. Il est disposé sous le support mécanique 2. L'isolation électrique entre les deux conducteurs électriques 4, 5 s'effectue donc par l'intermédiaire du support mécanique 2 en PDMS. Une partie de ce plan de masse 5 s'étend donc sous le volume d'air.  The second electrical conductor 5 forms a ground plane of the antenna, in this case copper. It is disposed under the mechanical support 2. The electrical insulation between the two electrical conductors 4, 5 is therefore via the mechanical support 2 PDMS. Part of this plane of mass 5 therefore extends under the volume of air.
La distance entre les deux conducteurs électriques 4, 5 est notée H.  The distance between the two electrical conductors 4, 5 is denoted H.
Le support mécanique 2 et le plan de masse 5 forment ensemble une cavité remplie d'air. Un orifice 12 est réalisé dans le plan de masse 5 pour y insuffler de l'air et assurer la déformation de la membrane 3.  The mechanical support 2 and the ground plane 5 together form a cavity filled with air. An orifice 12 is made in the ground plane 5 for blowing air into it and ensuring the deformation of the membrane 3.
Le moyen fluidique 6 utilisé dans cette expérience est un système formé d'un pousse-seringue 6a, d'une cavité étanche 6c (non déformable) disposée sous le deuxième conducteur électrique 5 formant plan de masse et, d'un conduit fluidique 6b reliant le pousse-seringue à la cavité étanche 6c. L'actionnement du pousse-seringue 6a permet d'injecter ou de retirer de l'air dans la cavité afin de déformer la membrane 3.  The fluidic means 6 used in this experiment is a system consisting of a syringe pump 6a, a sealed cavity 6c (non-deformable) disposed under the second electrical conductor 5 forming a ground plane and a fluidic conduit 6b connecting the syringe driver to the sealed cavity 6c. The actuation of the syringe driver 6a makes it possible to inject or withdraw air into the cavity in order to deform the membrane 3.
La quantité d'air finalement introduite dans la cavité située entre la membrane 3 et le deuxième conducteur électrique 5, en combinaison avec la membrane ultrasouple permet finalement d'atteindre des performances inattendues (en particulier sur l'agilité de l'antenne), comme cela sera expliqué plus en détail ci-après à l'appui de la figure 3.  The amount of air finally introduced into the cavity located between the membrane 3 and the second electrical conductor 5, in combination with the ultrasonic diaphragm finally makes it possible to reach unexpected performances (in particular on the agility of the antenna), as this will be explained in more detail below in support of Figure 3.
La fréquence de résonance FréS d'une telle antenne est fournie par la relation :
Figure imgf000013_0001
The resonance frequency F res of such an antenna is provided by the relation:
Figure imgf000013_0001
où : c est la célérité de la lumière dans le vide, Le, la longueur effective de l'antenne déterminée par la relation : Le = L + 2AL avec L la longueur de l'élément rayonnant 7 et, AL le débordement du champ électromagnétique entre les deux conducteurs électriques 4, 5, et where: it is the celerity of the light in the void, L e , the effective length of the antenna determined by the relation: L e = L + 2AL with L the length of the radiating element 7 and, AL the overflow of the electromagnetic field between the two electrical conductors 4, 5, and
εβ, la permittivité (relative) effective de l'antenne entre les deux conducteurs électriques 4, 5. Sous l'action du moyen fluidique 6, la distance entre les conducteurs électriques 4,5 varie et par conséquent le débordement du champ AL, la longueur effective Le et la permittivité effective se varient. Par conséquent on obtient une variation de la fréquence de résonance de l'antenne Fres. ε β , the effective (relative) permittivity of the antenna between the two electrical conductors 4, 5. Under the action of the fluidic means 6, the distance between the electrical conductors 4,5 varies and consequently the overflow of the AL field, the effective length L e and the effective permittivity s e vary. Consequently, a variation of the resonance frequency of the antenna F res is obtained.
Un procédé de réalisation de cette antenne hyperfréquence reconfigurable à microruban est représenté sur la figure 2.  A method for producing this reconfigurable microstrip microwave antenna is shown in FIG.
Une couche sacrificielle de molybdène est tout d'abord déposée sur un substrat en silicium, figure 2(a).  A sacrificial layer of molybdenum is first deposited on a silicon substrate, FIG. 2 (a).
Une couche en or de quelques dizaines de nm est réalisée par évaporation puis mise en motif par un procédé dit de « lift-off », en utilisant une résine comme masque, figure 2(b).  A gold layer of a few tens of nm is made by evaporation then patterned by a process called "lift-off", using a resin as a mask, Figure 2 (b).
Un moule en résine est ensuite préparé par photolithographie. De l'or est déposé par électrolyse dans ce moule, sur le motif en or préalablement déposé, afin de former une couche d'or d'épaisseur voisine du pm, cette couche étant destinée à former le premier conducteur électrique 4 de la figure 1. Puis, on dépose par pulvérisation ou évaporation une couche de Titane de quelque dizaine de nm d'épaisseur puis on dépose par PECVD (pour « Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne signifiant Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) une couche de Si02, de quelques dizaines de nm d'épaisseur. On obtient alors la structure représentée sur la figure 2(c). A resin mold is then prepared by photolithography. Gold is deposited by electrolysis in this mold, on the previously deposited gold pattern, in order to form a gold layer of thickness close to the pm, this layer being intended to form the first electrical conductor 4 of FIG. Then, a titanium layer of about ten nm thick is deposited by sputtering or evaporation, and then deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) according to the English terminology meaning plasma-assisted chemical vapor deposition. ) a layer of Si0 2 , a few tens of nm thick. The structure shown in FIG. 2 (c) is then obtained.
Ensuite, la bicouche Ti/SiO2 est mise en motif par un procédé « lift-off », figure 2(d). Then, the Ti / SiO 2 bilayer is patterned by a "lift-off" process, Figure 2 (d).
Du PDMS est enduit à la tournette sur la bicouche Ti/SiO2, cette bicouche servant de moyen d'accroché entre le PDMS et l'or. Puis, un cadre en PDMS, présentant une cavité, est collé après activation aux ultraviolets ou plasma oxygène sur le PDMS préalablement enduit. La structure obtenue est représentée sur la figure 2(e). PDMS is spin-coated on the Ti / SiO 2 bilayer, this bilayer serving as a means of hooking between the PDMS and gold. Then, a PDMS frame, having a cavity, is glued after activation to ultraviolet or oxygen plasma on the PDMS previously coated. The resulting structure is shown in Figure 2 (e).
Enfin, la couche sacrificielle de molybdène est supprimée, par exemple par gravure à l'eau oxygénée, et le substrat en silicium enlevé. La structure ainsi libérée est reportée sur une couche de cuivre destinée à former le deuxième conducteur électrique 5 (plan de masse de l'antenne), figure 2(f).  Finally, the sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed. The structure thus released is transferred to a copper layer intended to form the second electrical conductor 5 (ground plane of the antenna), FIG. 2 (f).
Le moyen fluidique 6 est alors ajouté de la manière suivante à partie de la structure de la figure 2(f). Une cavité étanche, reliée fluidiquement à la structure de la figure 2(f) via un ou plusieurs trous dans le plan de masse 5, est solidarisée à cette structure. Puis, un pousse-seringue est relié fluidiquement à cette cavité étanche.  The fluidic means 6 is then added in the following manner to the structure of Figure 2 (f). A sealed cavity, fluidly connected to the structure of Figure 2 (f) via one or more holes in the ground plane 5, is secured to this structure. Then, a syringe pump is fluidly connected to this sealed cavity.
Ce procédé de réalisation est plus amplement détaillé dans « Millîmeter-wave patch array antenna on ultra flexible micromachined Polydimethylsiloxane substrate », S. Hage-Ali & al., IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009 ou « Polydimethylsiloxane membranes for millimeter-wave planar ultra flexible antennas », Tiercelin & al., J. Micromech. And Microeng, vol. 16(1 1 ), pp. 2389-2395, 2006.  This production method is more fully detailed in "Millimeter-wave patch array antenna on ultra flexible micromachined Polydimethylsiloxane substrate", S. Hage-Ali et al., IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009 or "Polydimethylsiloxane membranes for millimeter-wave planar ultra flexible antennas ", Tiercelin & al., J. Micromech. And Microeng, vol. 16 (1 1), pp. 2389-2395, 2006.
La figure 3 représente l'évolution de la fréquence de résonance Frés de l'antenne de la figure 1 , en fonction de la distance H entre les deux éléments conducteurs électriques 4, 5. La courbe ainsi obtenue est notée « Expérience ». FIG. 3 represents the evolution of the resonance frequency F res of the antenna of FIG. 1, as a function of the distance H between the two electrical conducting elements 4, 5. The curve thus obtained is denoted "experiment".
En l'absence de toute action du moyen fluidique 6, la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 vaut 200pm.  In the absence of any action of the fluidic means 6, the distance H between the two electrical conductors 4, 5 is 200pm.
En injectant de l'air dans la cavité, la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 a pu évoluer entre 200 m et 575μηι (facteur 2.875), la fréquence de résonance de l'antenne passant de Frés = 55,5 GHz à Frés = 51 GHz, soit une agilité absolue de 4,5GHz (= 55,5-51 GHz). By injecting air into the cavity, the distance H between the two electrical conductors 4, 5 could evolve between 200 m and 575 μηι (factor 2.875), the resonant frequency of the antenna passing from F res = 55.5 GHz to F res = 51 GHz, an absolute agility of 4.5GHz (= 55.5-51 GHz).
A cet effet, le volume d'air injecté par le moyen fluidique 6 est de quelques dizaines de pl. Dans le cas d'espèce, 80μΙ environ d'air a été injecté pour faire évoluer la distance H de 200μιη à 575μιτι. Il est possible d'injecter un volume d'air plus important, par exemple jusqu'à 300 μΙ pour obtenir une valeur de H de l'ordre de 2mm, mais au prix d'une dégradation des performances de l'antenne. La variation de la hauteur H entre les deux conducteurs électriques peut donc atteindre 900% (= (2mm- 200pm)/200pm*100%) For this purpose, the volume of air injected by the fluidic means 6 is a few tens of pl. In the case in point, about 80μΙ of air has been injected to change the distance H from 200μιη to 575μιτι. It is possible to inject a larger volume of air, for example up to 300 μΙ to obtain a value of H of the order of 2 mm, but at the cost of a degradation of the performance of the antenna. The variation of the height H between the two electrical conductors can thus reach 900% (= (2mm-200pm) / 200pm * 100%)
L'antenne hyperfréquence reconfigurable testée a donc montré qu'elle était en mesure de fournir une agilité élevée, sur une bande de fréquences s'étendant sur 4,5GHz. Les techniques existantes de reconfiguration mécanique permettent d'obtenir une agilité bien plus faible.  The reconfigurable microwave antenna tested has therefore shown that it was able to provide high agility over a frequency band extending over 4.5GHz. Existing mechanical reconfiguration techniques provide much lower agility.
Par ailleurs, cette agilité est obtenue dans le domaine millimétrique (fréquence de résonance supérieure à 30GHz), ce qui n'est pas le cas des antennes hyperfréquence existantes.  Moreover, this agility is obtained in the millimetric domain (resonance frequency greater than 30 GHz), which is not the case of existing microwave antennas.
Il faut par ailleurs noter que, sur toute cette gamme de fréquences, l'antenne conserve un coefficient de réflexion inférieur à -10dB, la bande passante et le gain (> 4dB) restant cohérents pour une utilisation réelle.  It should also be noted that over this entire frequency range, the antenna retains a reflection coefficient of less than -10 dB, bandwidth and gain (> 4 dB) remaining consistent for real use.
Sur la figure 3, on a également représenté les mêmes évolutions avec un modèle analytique décrit par Balanis dans C.A Balanis, Antenna Theory and Design, Wiley, 1982 , et des simulations numériques effectuées avec des logiciels commerciaux, à savoir CST Microwave Studio et Ansoft HFSS.  FIG. 3 also shows the same evolutions with an analytical model described by Balanis in CA Balanis, Antenna Theory and Design, Wiley, 1982, and numerical simulations carried out with commercial software, namely CST Microwave Studio and Ansoft HFSS. .
Ceci permet notamment de valider le modèle numérique HFSS par rapport aux tests expérimentaux effectués.  This makes it possible in particular to validate the HFSS digital model with respect to the experimental tests carried out.
Par suite, une antenne hyperfréquence reconfigurable conforme à celle de la figure 1 , dans laquelle une couche diélectrique 9 en alumine (Al203) a cependant été ajoutée entre le plan de masse 5 et le support mécanique 2, a été simulée. La cavité remplie d'air 9' est donc obturée dans sa partie inférieure par la couche d'alumine 9. Cette structure est représentée sur la figure 4. As a result, a reconfigurable microwave antenna conforming to that of FIG. 1, in which a dielectric layer 9 made of alumina (Al 2 O 3 ) was however added between the ground plane 5 and the mechanical support 2, was simulated. The cavity filled with air 9 'is thus sealed in its lower part by the layer of alumina 9. This structure is represented in FIG.
L'alumine présente une permittivité électrique élevée (6aiUmine =Alumina has a high electrical permittivity (6 a i U mine =
9,8). Dans le cas d'espèce, l'épaisseur de la couche d'alumine a été fixée à 150μηη. 9.8). In this case, the thickness of the alumina layer was set at 150μηη.
Les résultats de la simulation avec le modèle numérique Ansoft HFSS sur la structure représentée sur la figure 4 sont fournies à la figure 5. Cette figure 5 représente l'évolution de la fréquence de résonance Frés de l'antenne en fonction de la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5. The results of the simulation with the Ansoft HFSS digital model on the structure represented in FIG. 4 are given in FIG. 5. This FIG. 5 represents the evolution of the resonance frequency F res of the antenna as a function of the distance H between the two electrical conductors 4, 5.
En faisant évoluer la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 entre 185μηι et δΟΌμιη, la fréquence de résonance de l'antenne passe de FréS = 44GHz à Frés = 65GHz, soit une agilité absolue de 21 GHz, ce qui correspond à une agilité relative de 38,5%. By changing the distance H between the two electrical conductors 4, 5 between 185μηι and δΟΌμιη, the resonance frequency of the antenna goes from F res = 44GHz to F res = 65GHz, an absolute agility of 21 GHz, which corresponds to at a relative agility of 38.5%.
Au-delà d'une hauteur H de δθθμιη, la fréquence de résonance n'évolue plus que faiblement. En effet, quand la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 augmente, le débordement du champ AL augmente (et donc la longueur effective Le de l'antenne), ce qui a tendance à faire diminuer la fréquence de résonance de l'antenne. D'un autre côté, lorsque H augmente, la permittivité effective diminue ce qui a tendance à augmenter la fréquence de résonance de l'antenne. L'effet lié à la permittivité effective est plus important lorsqu'un diélectrique solide 9 tel que l'alumine est utilisé. La faible évolution ainsi observée est liée à la compensation des deux effets mentionnés ci-dessus. Beyond a height H of δθθμιη, the resonant frequency changes only slightly. Indeed, when the distance H between the two electrical conductors 4, 5 increases, the overflow of the field AL increases (and therefore the effective length L e of the antenna), which tends to decrease the resonance frequency of the 'antenna. On the other hand, when H increases, the effective permittivity decreases which tends to increase the resonance frequency of the antenna. The effect related to the effective permittivity is greater when a solid dielectric 9 such as alumina is used. The slight evolution thus observed is related to the compensation of the two effects mentioned above.
Dans cette gamme de fréquences, l'antenne conserve un coefficient de réflexion inférieur à -10dB, la bande passante et le gain restant cohérents pour une utilisation réelle.  In this frequency range, the antenna retains a reflection coefficient of less than -10 dB, the bandwidth and gain remaining consistent for actual use.
Les performances de ce dispositif hyperfréquence reconfigurable vont donc bien au-delà des performances actuelles des antennes reconfigurables connues.  The performance of this reconfigurable microwave device therefore goes well beyond the current performance of known reconfigurable antennas.
Toujours grâce au modèle numérique Ansoft HFSS, un dispositif hyperfréquence reconfigurable formant un déphaseur a également été simulé. La structure de ce déphaseur hyperfréquence reconfigurable est représentée sur la figure 6. Still thanks to the Ansoft HFSS digital model, a reconfigurable microwave device forming a phase shifter was also simulated. The structure of this reconfigurable microwave phase shifter is shown in FIG.
Cette structure est conforme à celle de l'antenne représentée sur la figure 4, à l'exception du premier conducteur électrique 4. En effet, dans le cas présent, le premier conducteur électrique 4 n'est pas formé par un élément rayonnant alimenté par un ruban mais par une ligne microruban 71.  This structure is consistent with that of the antenna shown in FIG. 4, with the exception of the first electrical conductor 4. Indeed, in the present case, the first electrical conductor 4 is not formed by a radiating element powered by a ribbon but by a microstrip line 71.
Ce déphaseur a été simulé numériquement avec le logiciel Ansoft HFSS. Pour cela, une ligne microruban de 1cm de long sur 390μηη de large est prévue. Les autres caractéristiques (épaisseur des différents éléments...) sont identiques à la structure de la figure 4.  This phase shifter was simulated numerically with the Ansoft HFSS software. For this, a microstrip line of 1cm long over 390μηη wide is provided. The other characteristics (thickness of the different elements ...) are identical to the structure of FIG.
Les résultats de la simulation sont fournis dans le tableau 1 ci- dessous, à une fréquence de résonance de 60GHz. La position H= 350 pm (150pm d'alumine + 180 pm d'air + 20 pm pour la membrane en PDMS) correspond à une position de la membrane pour laquelle le moyen pour déformer la membrane n'exerce aucune force sur la membrane.  The results of the simulation are given in Table 1 below, at a resonance frequency of 60 GHz. The position H = 350 μm (150 μm of alumina + 180 μm of air + 20 μm for the PDMS membrane) corresponds to a position of the membrane for which the means for deforming the membrane exerts no force on the membrane.
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Ces résultats font apparaître un déphasage total de 350° par rapport à la position de référence, ce qui correspond à un déplacement total de 150μπη (= 350μηη - 200μηι) de la membrane déformable 3. Les pertes en transmission et le coefficient de réflexion restent bons sur cette plage de déformation de la membrane 3. Par ailleurs, le facteur de mérite de ce déphaseur vaut 437 dB (350 0.8dB), ce qui est nettement supérieur aux facteurs de mérite obtenus avec les déphaseurs hyperfréquence reconfigurables existants. These results show a total phase shift of 350 ° with respect to the reference position, which corresponds to a total displacement of 150μπη (= 350μηη - 200μηι) of the deformable membrane 3. The transmission losses and the reflection coefficient remain good over this range of deformation of the membrane 3. Moreover, the merit factor of this phase shifter is 437 dB (350 0.8dB), which is significantly higher than the merit factors obtained with existing reconfigurable microwave phase shifters.
Les figures 7 à 10 représentent quatre autres types de dispositifs hyperfréquence reconfigurables selon l'invention, à savoir respectivement une cavité à base de surfaces sélectives en fréquence, un réseau réflecteur, un réseau phasé et un filtre.  FIGS. 7 to 10 represent four other types of reconfigurable microwave devices according to the invention, namely respectively a cavity based on frequency selective surfaces, a reflector grating, a phased array and a filter.
On comprend que toutes les structures représentées sur ces figures 7 à 10 comprennent un support mécanique 2 d'une membrane 3 élastiquement déformable, un premier conducteur électrique 4 disposé sur la membrane 3, un deuxième conducteur électrique 5 isolé électriquement du premier conducteur électrique 4 et un moyen pour déformer la membrane (non représenté).  It will be understood that all the structures represented in these FIGS. 7 to 10 comprise a mechanical support 2 of an elastically deformable membrane 3, a first electrical conductor 4 disposed on the membrane 3, a second electrical conductor 5 electrically isolated from the first electrical conductor 4 and means for deforming the membrane (not shown).
La membrane 3 utilisée dans ces structures présente des caractéristiques mécaniques similaires à celles employées dans le dispositif hyperfréquence reconfigurable (antenne) testé expérimentalement (figure 1). En particulier, la membrane 3 peut être réalisée en un polymère siliconé tel que le polydiméthylsiloxane.  The membrane 3 used in these structures has mechanical characteristics similar to those used in the reconfigurable hyperfrequency device (antenna) tested experimentally (FIG. 1). In particular, the membrane 3 may be made of a silicone polymer such as polydimethylsiloxane.
Plus précisément, une cavité à bases de surfaces sélectives en fréquences représentée sur la figure 7 pourra comporter deux membranes déformables 31 , 32 disposées de part et d'autre du support mécanique 2.  More precisely, a frequency selective surface base cavity shown in FIG. 7 may comprise two deformable membranes 31, 32 arranged on either side of the mechanical support 2.
Le premier conducteur électrique 4, disposé sur la membrane supérieure 31 , peut alors être formé d'une grille inductive, par exemple continue ou capacitive discontinue.  The first electrical conductor 4, disposed on the upper membrane 31, can then be formed of an inductive grid, for example continuous or discontinuous capacitive.
Le deuxième conducteur électrique 5 peut se présenter sous la forme d'une grille, continue ou discontinue, ou plus simplement d'un plan réflecteur et est disposé sur la membrane inférieure 32. Par rapport à la structure représentée sur la figure 1 , une membrane inférieure vient donc s'insérer entre le deuxième conducteur électrique 5 et le support mécanique 2. L'isolation électrique entre les deux conducteurs 4, 5 s'effectue notamment par les membranes 31 , 32 et, éventuellement par le support mécanique 2 lui-même. The second electrical conductor 5 may be in the form of a grid, continuous or discontinuous, or more simply a reflective plane and is arranged on the lower membrane 32. With respect to the structure shown in FIG. 1, a lower membrane is therefore inserted between the second electrical conductor 5 and the mechanical support 2. The electrical insulation between the two conductors 4, 5 is effected in particular by the membranes 31. , 32 and possibly by the mechanical support 2 itself.
Avec ce type de dispositif, l'excitation de la cavité formée par les conducteurs 4 et 5 peut s'effectuer par une onde plane, représentée par les flèches « EinCidente » ou par excitation directe à l'aide d'un guide d'onde ou d'une ligne imprimée. With this type of device, the excitation of the cavity formed by the conductors 4 and 5 can be effected by a plane wave, represented by the arrows "E inC idente" or by direct excitation with the aid of a waveguide. wave or a printed line.
Un réseau réflecteur hyperfréquence reconfigurable est représenté sur la figure 8.  A reconfigurable microwave reflective grating is shown in FIG.
Un tel réseau peut comporter n membranes déformables sur chacune desquelles se trouve un réflecteur.  Such a network may comprise n deformable membranes on each of which is a reflector.
Les membranes sont supportées par le support mécanique 2, lequel permet de définir une cavité sous chaque membrane 3 déformable. Cette cavité est généralement remplie d'un fluide diélectrique 9' tel que l'air, fermée dans sa partie inférieure par le deuxième conducteur électrique 5, ou, comme représenté sur la figure 8, par une couche de diélectrique solide tel qu'une couche d'alumine disposée entre le support mécanique 2 et le deuxième conducteur électrique 5.  The membranes are supported by the mechanical support 2, which defines a cavity under each deformable membrane 3. This cavity is generally filled with a dielectric fluid 9 'such as air, closed in its lower part by the second electrical conductor 5, or, as shown in FIG. 8, by a layer of solid dielectric such as a layer of alumina disposed between the mechanical support 2 and the second electrical conductor 5.
Un moyen pour déformer la membrane 3 peut être associé à chacune des n membranes de façon individuelle. On peut ainsi introduire un déphasage entre les différents faisceaux réfléchis par chacun des n réflecteurs. Ceci permet alors de faire de la synthèse de faisceau. Le contrôle de la déformation de chaque réflecteur du réseau permet de contrôler la direction de réflexion du réseau.  A means for deforming the membrane 3 can be associated with each of the n membranes individually. It is thus possible to introduce a phase shift between the different beams reflected by each of the n reflectors. This then makes it possible to make beam synthesis. The control of the deformation of each reflector of the network makes it possible to control the direction of reflection of the network.
Avec ce type de dispositif, l'excitation de la structure s'effectue par une onde électromagnétique, représentée par les flèches « Evidente »> cette excitation impliquant une interaction entre les deux conducteurs électriques 4, 5. Un réseau phasé hyperfréquence reconfigurable est représenté sur la figure 9. With this type of device, the excitation of the structure is effected by an electromagnetic wave, represented by the arrows "Evidente"> this excitation involving an interaction between the two electrical conductors 4, 5. A reconfigurable microwave phased array is shown in FIG.
Dans cette structure, le premier conducteur électrique 4 peut comprendre un ruban d'alimentation 8, se divisant en n lignes microrubans parallèles comportant chacune un déphaseur 10 suivi d'un élément rayonnant 7.  In this structure, the first electrical conductor 4 may comprise a supply ribbon 8, divided into n parallel parallel microstrip lines each comprising a phase-shifter 10 followed by a radiating element 7.
Pour chaque ligne microruban, le déphaseur 10 et l'élément rayonnant 7 sont chacun disposés sur une membrane 3, 3'. Chaque membrane déformable 3, 3' est maintenue par le support mécanique 2 dont la forme permet de définir une cavité, généralement remplie d'un fluide diélectrique tel que l'air, fermée dans sa partie inférieure par le deuxième conducteur électrique 5 (plan de masse), ou, comme représenté sur la figure 9, par une couche de diélectrique solide tel qu'une couche d'alumine disposée entre le support mécanique 2 et le deuxième conducteur électrique 5.  For each microstrip line, the phase shifter 10 and the radiating element 7 are each arranged on a membrane 3, 3 '. Each deformable membrane 3, 3 'is held by the mechanical support 2 whose shape makes it possible to define a cavity, generally filled with a dielectric fluid such as air, closed in its lower part by the second electrical conductor 5 (plane of mass), or, as shown in FIG. 9, by a solid dielectric layer such as a layer of alumina disposed between the mechanical support 2 and the second electrical conductor 5.
Avec cette structure, on peut ainsi émettre des ondes de même fréquence, mais déphasés pour réaliser des fonctions de dépointage ou synthèse de faisceau. Chaque déphaseur 10 et/ou chaque élément rayonnant 7 pouvant être contrôlé par un moyen dédié de déformation de la membrane 3, 3' sur laquelle il est disposé.  With this structure, it is thus possible to emit waves of the same frequency, but out of phase to perform the functions of misalignment or beam synthesis. Each phase-shifter 10 and / or each radiating element 7 can be controlled by a dedicated means of deformation of the membrane 3, 3 'on which it is arranged.
Un filtre hyperfréquence reconfigurable est représenté sur la figure 10.  A reconfigurable microwave filter is shown in FIG.
Cette structure est la même que celle décrite à l'appui de la figure 4, à l'exception de l'élément rayonnant et de son ruban d'alimentation qui sont remplacés par deux lignes microrubans se faisant face, et susceptibles, à ce titre, d'être couplées l'une à l'autre. En déformant la membrane 3, le couplage entre les microrubans est modifié, ce qui permet de modifier les caractéristiques électriques du filtre.  This structure is the same as that described in support of Figure 4, with the exception of the radiating element and its supply ribbon which are replaced by two microstrips lines facing each other, and likely, as such , to be coupled to each other. By deforming the membrane 3, the coupling between the microstrips is modified, which makes it possible to modify the electrical characteristics of the filter.
On note que les dispositifs hyperfréquence reconfigurables décrits à l'appui des figures 1 , 4, 6, 9 et 10 mettent en œuvre des technologies de transmission d'énergie basées sur une propagation guidée par exemple une ligne microruban reliée à source hyperfréquence. Par ailleurs, les dispositifs hyperfréquence reconfigurables décrits à l'appui des figures 7 et 8 mettent en œuvre, quant à eux, une onde électromagnétique en espace libre destinée à interagir avec la structure. It will be noted that the reconfigurable hyperfrequency devices described in support of FIGS. 1, 4, 6, 9 and 10 implement energy transmission technologies based on guided propagation, for example a microstrip line connected to a microwave source. By Moreover, the reconfigurable microwave devices described in support of Figures 7 and 8 implement, in turn, an electromagnetic wave in free space for interacting with the structure.
Cependant, d'autres technologies de transmission pourraient tout à fait être employées dans le cadre de l'invention.  However, other transmission technologies could quite well be used within the scope of the invention.
A titre d'exemple non limitatif, une autre possibilité est l'emploi d'un guide d'ondes coplanaire (CPW pour CoPlanar Waveguide selon la terminologie anglo-saxonne) représenté fig. 11. Dans ce cas, le premier conducteur électrique 4 est constitué par un ruban central et le deuxième conducteur électrique 5 de deux-demis plans, jouant le rôle de plan de masse, disposés de part et d'autre du ruban central 4. On comprend dans ce cas, que la membrane 3 permet d'isoler électriquement les deux conducteurs électriques 4, 5 l'un de l'autre.  By way of nonlimiting example, another possibility is the use of a coplanar waveguide (CPW for CoPlanar Waveguide according to the English terminology) represented in FIG. 11. In this case, the first electrical conductor 4 is constituted by a central ribbon and the second electrical conductor 5 of two-half planes, acting as a ground plane, arranged on either side of the central ribbon 4. comprises in this case, that the membrane 3 can electrically isolate the two electrical conductors 4, 5 from one another.
Un troisième conducteur électrique 51 , optionnel, peut être prévu. La présence de ce troisième conducteur électrique 51 constitue une variante (GBCPW pour Ground Backed CoPlanar Waveguide selon la terminologie anglo-saxonne) de la technologie coplanaire, qui est justement représentée sur la figure 11.  A third electrical conductor 51, optional, can be provided. The presence of this third electrical conductor 51 constitutes a variant (GBCPW for Ground Backed CoPlanar Waveguide according to the English terminology) of the coplanar technology, which is precisely represented in FIG. 11.
En actionnant le moyen 6 pour déformer la membrane 3, on modifie les couplages entre les conducteurs électriques 4, 5 de manière à reconfigurer le dispositif hyperfréquence. Plus précisément, lorsque le moyen 6 pour déformer la membrane est actionné, ceci modifie la distance H entre le ruban central 4 et l'un quelconque des deux demi-plans formant le deuxième conducteur électrique 5, ce qui modifie les caractéristiques électriques du dispositif hyperfréquence, notamment la permittivité équivalente.  By actuating the means 6 to deform the membrane 3, the couplings between the electrical conductors 4, 5 are modified so as to reconfigure the microwave device. More precisely, when the means 6 for deforming the membrane is actuated, this modifies the distance H between the central ribbon 4 and any one of the two half-planes forming the second electrical conductor 5, which modifies the electrical characteristics of the microwave device. , including the equivalent permittivity.
Une autre variante, utilisant un guide d'ondes, est représentée sur la figure 12.  Another variant, using a waveguide, is shown in FIG.
Selon cette variante, le premier conducteur électrique 4 (charge capacitive) est disposé sur la membrane déformable 3. La membrane déformable 3 repose sur un support mécanique 2 par l'intermédiaire d'une couche diélectrique 9 solide, par exemple en alumine. Un volume de fluide diélectrique 9' tel que l'air est prévu entre la couche diélectrique 9 et la membrane déformable 3. According to this variant, the first electrical conductor 4 (capacitive load) is disposed on the deformable membrane 3. The deformable membrane 3 rests on a mechanical support 2 via a solid dielectric layer 9, for example alumina. A volume of fluid dielectric 9 'such that the air is provided between the dielectric layer 9 and the deformable membrane 3.
Afin de former un guide d'ondes, le support mécanique 2 s'étend au-dessous de la couche de diélectrique 9 solide, sensiblement perpendiculairement à celle-ci. Par ailleurs, il comporte alors une face interne 21 recouverte d'un matériau conducteur électrique pour assurer le guidage de l'onde.  In order to form a waveguide, the mechanical support 2 extends below the solid dielectric layer 9, substantially perpendicular to it. Furthermore, it then has an inner face 21 covered with an electrically conductive material for guiding the wave.
En variante, l'ensemble du support mécanique 2 est réalisé en un matériau conducteur électrique, par exemple en métal. Dans ces conditions, la face interne du support mécanique 2 est également réalisée avec ce même matériau conducteur électrique.  Alternatively, the entire mechanical support 2 is made of an electrically conductive material, for example metal. Under these conditions, the inner face of the mechanical support 2 is also made with the same electrically conductive material.
Dans ces deux cas, la face interne 21 du support mécanique 2 forme donc le deuxième conducteur électrique.  In these two cases, the inner face 21 of the mechanical support 2 thus forms the second electrical conductor.
Il est alors possible de définir une distance H équivalente à celles employées précédemment, entre le premier conducteur électrique 4 et la face interne 21 du support mécanique 2 présentant une fonction similaire à celle du deuxième conducteur électrique décrit dans les exemples précédents.  It is then possible to define a distance H equivalent to those used previously, between the first electrical conductor 4 and the inner face 21 of the mechanical support 2 having a function similar to that of the second electrical conductor described in the preceding examples.
La distance H entre la face interne 21 (deuxième conducteur électrique) et le premier conducteur électrique 4 est représentée sur la figure 12. Elle peut être plus précisément définie comme étant la distance séparant le premier conducteur électrique 4 du plan perpendiculaire à la face supérieure 22 du support 2, cette face supérieure 22 étant la face la plus proche du premier conducteur électrique 4.  The distance H between the inner face 21 (second electrical conductor) and the first electrical conductor 4 is shown in FIG. 12. It can be more precisely defined as being the distance separating the first electrical conductor 4 from the plane perpendicular to the upper face 22 of the support 2, this upper face 22 being the face closest to the first electrical conductor 4.
Là encore, le moyen 6 pour déformer la membrane 3 est capable de modifier cette distance H jusqu'à au moins 100%. Le moyen 6 pour déformer la membrane 3 peut par ailleurs modifier la distance H entre les deux conducteurs électriques 4, 5 jusqu'à au moins 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% ou encore jusqu'à au moins 1000%.  Again, the means 6 for deforming the membrane 3 is capable of modifying this distance H to at least 100%. The means 6 for deforming the membrane 3 can moreover modify the distance H between the two electrical conductors 4, 5 up to at least 150%, 300%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% or even up to at least 1000%.
Dans tous les exemples présentés ci-dessus, le fluide diélectrique 9' qui est généralement de l'air pourrait également être un liquide ou une solution colloïdale. Par ailleurs, l'élément diélectrique 9 peut, lorsqu'il est mis en œuvre être un matériau multiphasique, tel qu'une mousse. Plus généralement, l'élément diélectrique 9 solide peut être choisi parmi l'alumine, les verres, les verres-téflon, le quartz, le téflon, les polyimides, un polymère à cristaux liquides, une mousse ou un substrat hyperfréquence. In all the examples presented above, the dielectric fluid 9 'which is generally air could also be a liquid or a colloidal solution. On the other hand, the dielectric element 9 may, when it is used, be a multiphasic material, such as a foam. More generally, the solid dielectric element 9 may be chosen from alumina, glasses, teflon glasses, quartz, teflon, polyimides, a liquid crystal polymer, a foam or a microwave substrate.
Il faut par ailleurs noter qu'un moyen de contrôle de l'état de déformation de la membrane 3 peut être disposé sur celle-ci. Il peut par exemple s'agir d'une jauge piézo-résistive.  It should also be noted that a means for controlling the state of deformation of the membrane 3 may be disposed thereon. It may for example be a piezo-resistive gauge.
Le dispositif hyperfréquence reconfigurable testé expérimentalement (figure 1) comprend un moyen fluidique pour déformer la membrane, en l'occurrence un pousse-seringue, un orifice étant prévu dans le dispositif pour insuffler un fluide diélectrique tel que l'air sous la membrane 3.  The reconfigurable hyperfrequency device experimentally tested (FIG. 1) comprises a fluidic means for deforming the membrane, in this case a syringe pump, an orifice being provided in the device for injecting a dielectric fluid such as air under the membrane 3.
Il est tout à fait envisageable d'employer d'autres moyens fluidiques comme une micropompe péristaltique, ou encore par une pompe ou micropompe à membrane, à palette ou à piston.  It is quite possible to use other fluidic means such as a peristaltic micropump, or a pump or micropump diaphragm, paddle or piston.
Un dispositif hyperfréquence dont le moyen fluidique 6 est une pompe péristaltique est représenté sur la figure 13. Cette micropompe péristaltique 6 peut injecter ou prélever de l'air dans la cavité située entre la membrane 3 et le deuxième conducteur électrique 5, par l'intermédiaire d'un orifice 12.  A microwave device whose fluidic means 6 is a peristaltic pump is shown in FIG. 13. This peristaltic micropump 6 can inject or take up air in the cavity situated between the membrane 3 and the second electrical conductor 5, via of an orifice 12.
Le moyen fluidique 6 est, dans le cas présent, formé par trois cavités 61 , 62, 63 en série. Ces cavités sont reliées l'une à l'autre par des orifices de communication (non référencés) pour un fluide diélectrique, à savoir de l'air dans ces expériences. L'air entre dans le moyen fluidique 6 par un orifice d'entrée E.  The fluidic means 6 is, in this case, formed by three cavities 61, 62, 63 in series. These cavities are connected to one another by communication orifices (not referenced) for a dielectric fluid, namely air in these experiments. The air enters the fluidic medium 6 through an inlet port E.
De plus, la partie supérieure de chacune de ces cavités 61 , 62, 63 comprend une membrane ultrasouple 64, 65, 66 similaire à la membrane 3 sur laquelle le premier conducteur électrique 4 est disposé. Ces membranes sont donc en l'occurrence réalisées en PDMS.  In addition, the upper part of each of these cavities 61, 62, 63 comprises an ultrasonic diaphragm 64, 65, 66 similar to the membrane 3 on which the first electrical conductor 4 is disposed. These membranes are in this case made of PDMS.
Un aimant permanent 67, 68, 69 est inséré dans chacune des membranes 64, 65, 66 respectivement. Une bobine électromagnétique 670, 680, 690 est logée dans un support 22, en vis-à-vis, respectivement, d'un aimant permanent 67, 68, 69. A permanent magnet 67, 68, 69 is inserted into each of the membranes 64, 65, 66 respectively. An electromagnetic coil 670, 680, 690 is housed in a support 22, vis-à-vis, respectively, of a permanent magnet 67, 68, 69.
Les aimants permanents 67, 68, 69 peuvent par exemple être réalisés en NdFeB (Neodynium-Fer-Bore) ou SmCo (Samarium-Cobalt). Typiquement, ils sont caractérisés par une rémanence de l'ordre du Tesla.  Permanent magnets 67, 68, 69 may for example be made of NdFeB (Neodynium-Iron-Boron) or SmCo (Samarium-Cobalt). Typically, they are characterized by remanence of the order of Tesla.
Le fonctionnement d'une telle pompe péristaltique 6 est le suivant.  The operation of such a peristaltic pump 6 is as follows.
Lorsqu'une bobine électromagnétique 670 est activée, l'aimant permanent situé en vis-à-vis est attiré, ce qui déforme la membrane ultrasouple correspondante 64 de façon à boucher la cavité correspondante 61. Sur la figure 13, on a représenté la cavité 61 fermée, les deux autres 62, 63 étant ouvertes.  When an electromagnetic coil 670 is activated, the permanent magnet located opposite is attracted, which deforms the corresponding ultrouple membrane 64 so as to plug the corresponding cavity 61. In FIG. 13, the cavity is shown. 61 closed, the other two 62, 63 being open.
Cette pompe péristaltique peut permettre d'obtenir des débits allant jusqu'à quelques dizaines de μΙ/mn, généralement inférieurs à 100pl/mn. La puissance d'une telle pompe est de l'ordre de quelques centaines de milliWatts.  This peristaltic pump can provide flow rates up to a few tens of μΙ / min, generally less than 100pl / min. The power of such a pump is of the order of a few hundred milliWatts.
Ainsi, après avoir introduit de l'air dans la première cavité 61 , on ferme celle-ci, ce qui fait parvenir de l'air dans la deuxième cavité 62. L'opération est à nouveau effectuée avec les deux autres cavités 62, 63 si bien que l'air est amené de proche en proche dans la cavité située entre la membrane 3 et le deuxième conducteur électrique 5.  Thus, after introducing air into the first cavity 61, it is closed, which sends air into the second cavity 62. The operation is performed again with the other two cavities 62, 63 so that the air is brought gradually into the cavity located between the membrane 3 and the second electrical conductor 5.
On comprend que d'autres moyens d'ouverture/fermeture des cavités 61 , 62, 63 pourraient être envisagés, en particulier d'autres moyens magnétiques exerçant une fonction identique.  It is understood that other opening / closing means of the cavities 61, 62, 63 could be envisaged, in particular other magnetic means having an identical function.
La figure 14 représente différentes structures obtenues dans le procédé de fabrication du dispositif hyperfréquence reconfigurable de la figure 13.  FIG. 14 represents various structures obtained in the manufacturing method of the reconfigurable microwave device of FIG. 13.
Les étapes (a) à (d) représentées sur la figure 14 sont les mêmes que les étapes (a) à (d) représentées sur la figure 2.  Steps (a) to (d) shown in Fig. 14 are the same as steps (a) to (d) shown in Fig. 2.
Puis, du PDMS est enduit à la tournette sur la bicouche Ti/SiO2, avec plusieurs aimants. La bicouche sert de moyen d'accroché entre le PDMS et l'or. Puis, un cadre en PDMS, présentant plusieurs cavités (en l'occurrence quatre) reliées entre elles par des orifices, est collé après activation aux ultraviolets ou plasma oxygène sur le PDMS préalablement enduit. La structure obtenue est représentée sur la figure 14(e). Then, PDMS is spin coated on the Ti / SiO 2 bilayer, with several magnets. The bilayer serves as a means of hanging between PDMS and gold. Then, a PDMS frame, having several cavities (in this case four) interconnected by orifices, is glued after activation with ultraviolet or oxygen plasma on the PDMS previously coated. The resulting structure is shown in Fig. 14 (e).
Enfin, la couche sacrificielle de molybdène est supprimée, par exemple par gravure à l'eau oxygénée, et le substrat en silicium enlevé. La structure ainsi libérée est reportée sur une couche de cuivre destinée à former le deuxième conducteur électrique 5. Un support additionnel comportant plusieurs moyens magnétiques (en l'occurrence des bobines) est solidarisé avec la structure. On obtient finalement la structure représentée sur la figure 14(f).  Finally, the sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed. The structure thus released is transferred to a copper layer intended to form the second electrical conductor 5. An additional support comprising several magnetic means (in this case coils) is secured to the structure. Finally, the structure shown in FIG. 14 (f) is obtained.
Par ailleurs, il est tout à fait envisageable de mettre en œuvre un moyen 6 pour déformer la membrane 3 électromagnétique et exerçant la même fonction que les moyens fluidiques mentionnés ci-dessus.  Moreover, it is quite possible to implement a means 6 for deforming the electromagnetic membrane 3 and having the same function as the fluidic means mentioned above.
Par exemple, le premier conducteur électrique 4 peut présenter également une fonction magnétique, le moyen 6 pour déformer la membrane 3 est un moyen pour appliquer un champ magnétique contrôlable 11 destiné à interagir avec le premier conducteur électrique 4.  For example, the first electrical conductor 4 may also have a magnetic function, the means 6 for deforming the membrane 3 is a means for applying a controllable magnetic field 11 intended to interact with the first electrical conductor 4.
Le premier conducteur électrique 4 peut être un aimant permanent ou un matériau ferromagnétique. Par ailleurs, le moyen 11 pour appliquer un champ magnétique peut être une bobine, un conducteur parcouru par un courant électrique, un aimant mobile ou un composé magnétoélectrique.  The first electrical conductor 4 may be a permanent magnet or a ferromagnetic material. On the other hand, the means 11 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a moving magnet or a magnetoelectric compound.
Dans ce cas, le premier conducteur électrique 4 peut être réalisé à partir de l'un des éléments suivants : SmCo (Samarium-Cobalt), AINiCo (Aluminium-Nicket-Cobalt), FePt (Fer-Platine), NdFeB (Neodynium- Fer-Bore), alliages Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, alliages de Fer, alliages de Cobalt, alliages de Nickel.  In this case, the first electrical conductor 4 can be made from one of the following elements: SmCo (Samarium-Cobalt), AINiCo (Aluminum-Nicket-Cobalt), FePt (Iron-Platinum), NdFeB (Neodynium-Iron -Bore), Fe-Ni alloys, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, Iron alloys, Cobalt alloys, Nickel alloys.
Les figures 15(a) et 15(b) représentent deux variantes, fournies à titre d'exemple, d'implantation au sein du dispositif hyperfréquence reconfigurable, du premier conducteur électrique 4 présentant une fonction d'aimant permanent, et de la bobine 11. FIGS. 15 (a) and 15 (b) show two variants, provided by way of example, of implantation within the microwave device reconfigurable, the first electrical conductor 4 having a permanent magnet function, and the coil 11.
Dans le cas d'espèce, le dispositif hyperfréquence reconfigurable est représenté avec deux diélectriques entre les deux conducteurs 4, 5, à savoir un fluide diélectrique tel que l'air (« diélectrique n°1 ») au contact de la membrane 3, au-dessous du quel est disposé un diélectrique solide 9 (« diélectrique n°2 »), par exemple de l'alumine ou fait en un matériau multiphasique tel qu'une mousse.  In the case in point, the reconfigurable microwave device is shown with two dielectrics between the two conductors 4, 5, namely a dielectric fluid such as air ("dielectric No. 1") in contact with the membrane 3, the below which is disposed a solid dielectric 9 ("dielectric No. 2"), for example alumina or made of a multiphase material such as a foam.
Sur la figure 15(a), la membrane déformable 3 est située à partir de la partie supérieure du support mécanique 2 et s'étend vers l'extérieur du dispositif hyperfréquence reconfigurable, la bobine électromagnétique 11 étant quant à elle logée dans une cavité formée sous le deuxième conducteur électrique 5.  In FIG. 15 (a), the deformable membrane 3 is located from the upper part of the mechanical support 2 and extends towards the outside of the reconfigurable microwave device, the electromagnetic coil 11 being in turn housed in a formed cavity under the second electrical conductor 5.
Sur la figure 15(b), la position de la membrane et du premier conducteur électrique disposé dessus d'une part et la position du deuxième élément diélectrique disposés sur le l'élément diélectrique solide 9 sont inversées. La membrane déformable 3 s'étend ainsi à l'intérieur du dispositif hyperfréquence reconfigurable, la bobine électromagnétique 11 étant logée dans une cavité formée sous la membrane 3.  In Fig. 15 (b), the position of the diaphragm and the first electrical conductor disposed thereon on the one hand and the position of the second dielectric member disposed on the solid dielectric member 9 are reversed. The deformable membrane 3 thus extends inside the reconfigurable microwave device, the electromagnetic coil 11 being housed in a cavity formed under the membrane 3.
Un procédé de fabrication du dispositif hyperfréquence reconfigurable 1 représenté sur la figure 15(a) est fourni sur la figure 16, le premier conducteur électrique 4 étant réalisé avec un alliage SmCo.  A method of manufacturing the reconfigurable microwave device 1 shown in Fig. 15 (a) is provided in Fig. 16, the first electrical conductor 4 being made of a SmCo alloy.
Une couche sacrificielle de molybdène est tout d'abord déposée sur un substrat en silicium. Puis, une résine positive est mise en motif par photolithographie. Une tricouche Cr/SmCo/Cr est ensuite déposée par pulvérisation cathodique, puis mise en motif par un procédé « lift-off ». La structure ainsi obtenue est représentée sur la figure 16(a). Typiquement, les couches de Chrome présentent une épaisseur d'environ 100nm, et la couche de SmCo présente une épaisseur de l'ordre de 2 m. Cette structure subit ensuite un recuit, à une température de 550°C environ, sous vide. La structure obtenue est représentée sur la figure 16(b). A sacrificial layer of molybdenum is first deposited on a silicon substrate. Then, a positive resin is patterned by photolithography. A Cr / SmCo / Cr trilayer is then deposited by sputtering and then patterned by a lift-off process. The structure thus obtained is shown in Figure 16 (a). Typically, the layers of chromium have a thickness of about 100 nm, and the SmCo layer has a thickness of about 2 m. This structure is then annealed at a temperature of 550 ° C under vacuum. The resulting structure is shown in Figure 16 (b).
Une autre résine positive est ensuite déposée par photolithographie et une bicouche Ti/SiO2 est déposée. Le dépôt de la couche de Ti s'effectue par pulvérisation sur une épaisseur de 50nm environ. Il est suivi du dépôt de la couche en Si02, sur une épaisseur de 50nm également, par PECVD. Une mise en motif par procédé « lift-off » est ensuite réalisée. La structure alors obtenue est représentée sur la figure 16(c). Another positive resin is then deposited by photolithography and a Ti / SiO 2 bilayer is deposited. The deposition of the Ti layer is carried out by spraying to a thickness of about 50 nm. It is followed by the deposition of the Si0 2 layer, over a thickness of 50nm also, by PECVD. A "lift-off" pattern is then performed. The structure then obtained is shown in FIG. 16 (c).
Ensuite, du PDMS est enduit à la tournette sur la bicouche Ti/Si02, cette bicouche servant de moyen d'accroché pour le PDMS. Puis, un cadre en PDMS, présentant une cavité, est collé après activation aux ultraviolets ou plasma oxygène sur le PDMS préalablement enduit. La structure obtenue est représentée sur la figure 16(d). Then, PDMS is spin-coated on the Ti / SiO 2 bilayer, this bilayer serving as a hanging medium for the PDMS. Then, a PDMS frame, having a cavity, is stuck after activation with ultraviolet or oxygen plasma on the previously coated PDMS. The resulting structure is shown in Figure 16 (d).
La couche sacrificielle de molybdène est supprimée, par exemple par gravure à l'eau oxygénée, et le substrat en silicium enlevé. La structure ainsi libérée est reportée sur une couche de cuivre munie d'un diélectrique solide 9, par exemple en alumine, cette couche de cuivre étant destinée à former le deuxième conducteur électrique 5, figure 16(e).  The sacrificial layer of molybdenum is removed, for example by etching with hydrogen peroxide, and the silicon substrate removed. The structure thus released is transferred to a copper layer provided with a solid dielectric 9, for example alumina, this copper layer being intended to form the second electrical conductor 5, Figure 16 (e).
Enfin, une bobine électromagnétique 11 et un élément de support additionnel sont ajoutés à la structure de la figure 16(e) afin de réaliser le moyen électromagnétique pour déformer la membrane 3.  Finally, an electromagnetic coil 11 and an additional support element are added to the structure of FIG. 16 (e) in order to produce the electromagnetic means for deforming the membrane 3.
La structure représentée sur la figure 16(f) correspond à celle qui est donc représentée sur la figure 15(a).  The structure shown in Fig. 16 (f) corresponds to that which is thus shown in Fig. 15 (a).
En variante, le premier conducteur électrique 4 peut comprendre un conducteur électrique proprement dit et un élément magnétique distinct dudit conducteur.  Alternatively, the first electrical conductor 4 may comprise an electrical conduct itself and a magnetic element separate from said conductor.
Dans ce cas, l'élément magnétique peut être choisi parmi le NdFeB (Neodyme-Fer-Bore), les ferrites, les terres rares ou les alliages et composés de Fer. Les structures représentées sur les figures 15(a) et 15(b) peuvent également s'appliquer ici. Le procédé illustré sur la figure 16 en correspondance avec le dispositif de la figure 1 (a) peut être employé, l'étape (a) consistant alors à prévoir le dépôt d'un élément magnétique puis du conducteur électrique proprement dit. In this case, the magnetic element can be chosen from NdFeB (Neodymium-Iron-Boron), ferrites, rare earths or alloys and iron compounds. The structures shown in Figures 15 (a) and 15 (b) may also apply here. The process illustrated in FIG. Correspondence with the device of Figure 1 (a) can be used, step (a) then consisting in providing the deposition of a magnetic element and the actual electrical conductor.
L'élément magnétique peut être un aimant permanent ou un matériau ferromagnétique. Par ailleurs, le moyen 1 1 pour appliquer un champ magnétique peut être une bobine, un conducteur parcouru par un courant électrique, un aimant mobile ou un composé magnétoélectrique.  The magnetic element may be a permanent magnet or a ferromagnetic material. Furthermore, the means 1 1 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric compound.
En variante, la membrane déformable 3 peut présenter une fonction magnétique, le moyen 6 pour déformer la membrane 3 étant un moyen 11 pour appliquer un champ magnétique contrôlable destiné à interagir avec la membrane 3.  As a variant, the deformable membrane 3 may have a magnetic function, the means 6 for deforming the membrane 3 being a means 11 for applying a controllable magnetic field intended to interact with the membrane 3.
La fonction magnétique assurée par la membrane 3 peut être celle d'un aimant permanent ou d'un matériau ferromagnétique. Encore une fois, le moyen 1 pour appliquer un champ magnétique peut être une bobine, un conducteur parcouru par un courant électrique, un aimant mobile ou un composé magnétoélectrique.  The magnetic function provided by the membrane 3 can be that of a permanent magnet or a ferromagnetic material. Again, the means 1 for applying a magnetic field may be a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric compound.
La membrane déformable 3 peut comprendre une poudre magnétique. Par exemple, la membrane 3 peut être un matériau composite comprenant 50% de PDMS et 50% d'une poudre magnétique. La poudre magnétique peut être de la poudre de ferrite. Si par exemple il s'agit de la poudre de ferrite référencée HM 410, on peut obtenir une membrane 3 présentant une fonction d'aimant permanent de rémanence ce 0,03 Tesla.  The deformable membrane 3 may comprise a magnetic powder. For example, the membrane 3 may be a composite material comprising 50% PDMS and 50% magnetic powder. The magnetic powder may be ferrite powder. If for example it is the ferrite powder referenced HM 410, one can obtain a membrane 3 having a permanent magnet function remanence of 0.03 Tesla.
En variante, la poudre magnétique peut être choisi parmi une poudre de NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, alliages de Fe, alliages de Ni, alliages de Co.  Alternatively, the magnetic powder may be selected from a powder of NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, Fe alloys, Ni alloys, Co. alloys.
Encore une fois, on peut retrouver ici les structures représentées sur les figures 15(a) et 15(b), compte tenu toutefois des modifications mentionnées ci-dessus. Par ailleurs, le procédé illustré sur la figure 2 peut être employé, avec une membrane comportant une poudre magnétique, et l'ajout d'une étape finale correspondant à l'étape représentée sur la figure 16(f). Un moyen 6 fluidique ou électromagnétique pour déformer la membrane 3 tel que décrit précédemment peut être employé indifféremment avec l'une quelconque des structures décrites à l'appui des figures 4 et 6 à 12. Again, the structures shown in Figs. 15 (a) and 15 (b) can be found here, however, with the modifications mentioned above. Moreover, the method illustrated in FIG. 2 can be used with a membrane comprising a magnetic powder, and the addition of a final step corresponding to the step shown in FIG. 16 (f). A fluidic or electromagnetic means 6 for deforming the membrane 3 as described above can be used indifferently with any of the structures described in support of FIGS. 4 and 6 to 12.
De façon alternative, un moyen 6 pour déformer la membrane Alternatively, a means 6 for deforming the membrane
3 assurant la même fonction peut être choisi parmi un moyen magnétoélastique, piézoélectrique, électrostrictif, thermique, électrorhéologique, magnétorhéologique, à base d'un alliage à mémoire de forme thermique ou d'un alliage à mémoire de forme magnétique. Comme mentionné précédemment, on comprend donc que ces moyens alternatifs sont adaptés pour exercer une force de déformation sur la membrane 3 dont la valeur est compatible avec les propriétés de déformation de cette membrane 3, et ce de façon à exploiter au mieux les capacités de déformation de la membrane 3. 3 providing the same function may be selected from a magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on a thermal shape memory alloy or magnetic shape memory alloy. As mentioned above, it is therefore understood that these alternative means are adapted to exert a deformation force on the membrane 3 whose value is compatible with the deformation properties of this membrane 3, so as to make the best use of the deformation capabilities of the membrane 3.
Enfin, il faut noter que les structures décrites à l'appui des figures 1 , 4 et 6 à 12 ne représentent qu'une structure de base. En effet, si un dispositif conforme à l'invention peut être réalisé à partir de cette structure de base, combinée à un moyen fluidique ou électromagnétique pour déformer la membrane 3, on peut envisager un dispositif hyperfréquence conforme à l'invention muni de plusieurs structures de bases associées.  Finally, it should be noted that the structures described in support of Figures 1, 4 and 6 to 12 represent only a basic structure. Indeed, if a device according to the invention can be made from this basic structure, combined with a fluidic or electromagnetic means for deforming the membrane 3, it is possible to envisage a microwave device according to the invention provided with several structures associated bases.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) hyperfréquence reconfigurable caractérisé en ce qu'il comprend : 1. Device (1) reconfigurable microwave characterized in that it comprises:
- un support mécanique (2) d'au moins une membrane (3) élastiquement déformable, ladite membrane (3) présentant un module élastique inférieur ou égal à 500MPa ;  a mechanical support (2) of at least one elastically deformable membrane (3), said membrane (3) having an elastic modulus of less than or equal to 500 MPa;
- au moins un premier conducteur (4) électrique disposé sur la membrane ;  at least one first electrical conductor (4) disposed on the membrane;
- au moins un élément diélectrique (9, 9', 31 , 32) ;  at least one dielectric element (9, 9 ', 31, 32);
- au moins un deuxième conducteur (5, 21) électrique isolé électriquement du premier conducteur électrique (4) ; et  at least one second conductor (5, 21) electrically isolated from the first electrical conductor (4); and
- un moyen (6) pour déformer la membrane (3), ledit moyen (6) étant adapté pour exercer une force de déformation capable de modifier la distance H entre le premier conducteur électrique (4) et le deuxième conducteur électrique (5, 21) jusqu'à au moins 100%.  means (6) for deforming the membrane (3), said means (6) being adapted to exert a deformation force capable of modifying the distance H between the first electrical conductor (4) and the second electrical conductor (5, 21 ) up to at least 100%.
2. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication 1 , dans lequel que le moyen (6) pour déformer la membrane est choisi parmi un moyen électromagnétique, fluidique, magnétoélastique, piézoélectrique, électrostrictif, thermique, électrorhéologique, magnétorhéologique, à base d'un alliage à mémoire de forme thermique ou d'un alliage à mémoire de forme magnétique. 2. reconfigurable microwave device according to claim 1, wherein the means (6) for deforming the membrane is selected from electromagnetic, fluidic, magnetoelastic, piezoelectric, electrostrictive, thermal, electrorheological, magnetorheological means, based on an alloy with thermal shape memory or magnetic shape memory alloy.
3. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la membrane (3) est un polymère siliconé, par exemple du polydiméthylsiloxane (PDMS), ou un élastomère. 3. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein the membrane (3) is a silicone polymer, for example polydimethylsiloxane (PDMS), or an elastomer.
4. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la membrane (3) est texturée ou microusinée. 4. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein the membrane (3) is textured or micro-structured.
5. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fréquence d'opération est supérieure ou égale à 30GHz. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein the operating frequency is greater than or equal to 30GHz.
6. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support mécanique (2) est réalisé avec le même matériau que la membrane. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein the mechanical support (2) is made of the same material as the membrane.
7. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier conducteur (4) électrique présente également une fonction magnétique et le moyen (6) pour déformer la membrane (3) est un moyen (11) pour appliquer un champ magnétique contrôlable destiné à interagir avec le premier conducteur (4) électrique. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein the first conductor (4) electric also has a magnetic function and the means (6) for deforming the membrane (3) is a means (11) for applying a field controllable magnetic device for interacting with the first (4) electrical conductor.
8. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication précédente, dans lequel le premier conducteur (4) électrique est un aimant permanent ou un matériau ferromagnétique. 8. Reconfigurable microwave device according to the preceding claim, wherein the first conductor (4) is a permanent magnet or a ferromagnetic material.
9. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication précédente, dans lequel le premier conducteur électrique (4) est réalisé à partir de l'un des éléments suivants : SmCo, AINiCo, FePt, NdFeB, un alliage Fe-Ni, un alliage Fe-Ni-Mo ou d'autres alliages de Fer. 9. Reconfigurable microwave device according to the preceding claim, wherein the first electrical conductor (4) is made from one of the following: SmCo, AINiCo, FePt, NdFeB, a Fe-Ni alloy, a Fe-Ni alloy -Mo or other Iron alloys.
10. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication 7, dans lequel le premier conducteur électrique (4) comprend un conducteur électrique proprement dit et un élément magnétique distinct dudit conducteur et le moyen (6) pour déformer la membrane (3) est un moyen (11) pour appliquer un champ magnétique contrôlable destiné à interagir avec l'élément magnétique associé au conducteur (4) électrique. Reconfigurable microwave device according to claim 7, wherein the first electrical conductor (4) comprises an electrical conduct itself and a magnetic element separate from said conductor and the means (6) for deforming the membrane (3) is a means (11). ) for applying a controllable magnetic field for interacting with the magnetic element associated with the electrical conductor (4).
11. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication précédente, dans lequel l'élément magnétique est choisi parmi le NdFeB, les ferrites, les composés et alliages de Fer ou les composés de terres rares. 11. Reconfigurable microwave device according to the preceding claim, wherein the magnetic element is selected from NdFeB, ferrites, compounds and alloys of iron or rare earth compounds.
12. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la membrane (3) déformable présente également une fonction magnétique et le moyen (6) pour déformer la membrane est un moyen (1 ) pour appliquer un champ magnétique contrôlable susceptible d'interagir avec la membrane. 12. reconfigurable microwave device according to one of claims 1 to 6, wherein the deformable membrane (3) also has a magnetic function and the means (6) for deforming the membrane is a means (1) for applying a controllable magnetic field likely to interact with the membrane.
13. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication précédente, dans lequel la membrane (3) déformable comprend une poudre magnétique, par exemple une poudre de ferrite, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, ou une poudre d'alliages de Fer, d'alliages de Nickel ou d'alliages de Cobalt. Reconfigurable microwave device according to the preceding claim, wherein the deformable membrane (3) comprises a magnetic powder, for example a ferrite powder, NdFeB, FePt, SmCo, Fe, Fe-Ni, Fe-Ni-Mo, Ni, Co, or a powder of iron alloys, nickel alloys or cobalt alloys.
14. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications 7 à 13, dans lequel le moyen (11) pour appliquer un champ magnétique contrôlable est une bobine, un conducteur parcouru par un courant électrique, un aimant mobile ou un élément magnétoélectrique. Reconfigurable microwave device according to one of claims 7 to 13, wherein the means (11) for applying a controllable magnetic field is a coil, a conductor traversed by an electric current, a movable magnet or a magnetoelectric element.
15. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen (6) pour déformer la membrane est une micropompe, par exemple péristaltique, capable d'injecter un fluide diélectrique, par exemple de l'air, des liquides ou des solutions colloïdales, entre la membrane et son support mécanique. 15. reconfigurable microwave device according to one of claims 1 to 6, wherein the means (6) for deforming the membrane is a micropump, for example peristaltic, capable of injecting a dielectric fluid, for example air, liquids or colloidal solutions, between the membrane and its mechanical support.
16. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu au moins deux éléments diélectriques16. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein there is provided at least two dielectric elements.
(9, 9'), le premier élément diélectrique (9) étant un fluide et le deuxième élément (9) diélectrique étant un solide ou un matériau multiphasique tel que de la mousse. (9, 9 '), the first dielectric element (9) being a fluid and the second dielectric element (9) being a solid or a multiphasic material such as foam.
17. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième élément diélectrique (9) est choisi parmi: l'alumine, les verres, les verres-téflon, le quartz, le téflon, les polyimides, un polymère à cristaux liquides, une mousse ou un substrat hyperfréquence. Reconfigurable microwave device according to the preceding claim, wherein the second dielectric element (9) is chosen from: alumina, glasses, teflon glasses, quartz, teflon, polyimides, a liquid crystal polymer, a foam or a microwave substrate.
18. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un moyen de contrôle de l'état de déformation de la membrane (3) disposé sur celle-ci, par exemple une jauge piézo-résistive. 18. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims, wherein there is provided a means for controlling the state of deformation of the membrane (3) disposed thereon, for example a piezoresistive gauge.
19. Dispositif hyperfréquence reconfigurable selon l'une des revendications précédentes présentant l'une des fonctions suivantes : antenne, déphaseur, cavité à base de surfaces sélectives en fréquence, réseau phasé, réseau de réflecteurs, filtre. 19. Reconfigurable microwave device according to one of the preceding claims having one of the following functions: antenna, phase shifter, cavity based frequency selective surfaces, phased array, reflector array, filter.
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