WO2018011294A1 - Surface sélective en fréquence commandable et multifonctionnelle - Google Patents

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WO2018011294A1
WO2018011294A1 PCT/EP2017/067600 EP2017067600W WO2018011294A1 WO 2018011294 A1 WO2018011294 A1 WO 2018011294A1 EP 2017067600 W EP2017067600 W EP 2017067600W WO 2018011294 A1 WO2018011294 A1 WO 2018011294A1
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WO
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coupling components
control
coupling
value
elementary
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Application number
PCT/EP2017/067600
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English (en)
Inventor
Kevin RUBRICE
Mohammed HIMDI
Xavier Castel
Patrick Parneix
Original Assignee
Naval Group
Universite De Rennes 1
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/002—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective said selective devices being reconfigurable or tunable, e.g. using switches or diodes

Definitions

  • the present invention relates to a frequency-selective surface device comprising a substrate, an array of conductive elementary patterns printed on at least one surface of said substrate, and an array of coupling components, each coupling component connecting two adjacent conductive elementary patterns, each coupling component having a modifiable capacity by applying a command.
  • Frequency selective surface devices also called FSS for "Frequency Selective Surface” are known elements in the field of electromagnetism, having the ability according to their configuration to reject certain frequencies or conversely to transmit certain frequencies. These devices are generally made in the form of periodic surfaces consisting of an ordered arrangement on a substrate of electrically conductive passive elements forming patterns. When this arrangement of elements is subjected to an incident plane electromagnetic wave, it is partly transmitted and partly reflected.
  • the amplitude of the transmitted wave is equal to 0, the energy being reflected or scattered on the side of the incident wave.
  • This type of surface thus behaves either as a band-pass filter, that is to say, letting electromagnetic waves pass at a given frequency, or as a notch filter, that is to say, rejecting waves. electromagnetic at a given frequency.
  • An object of the invention is therefore to provide a frequency selective surface device which is multifunctional, that is to say which can operate selectively, in response to a command, in notch mode and in bandpass mode. .
  • the subject of the invention is a device of the aforementioned type, characterized in that it further comprises a control assembly (14) configured to selectively control the value of the coupling component group capacities selectively according to:
  • each group of coupling components comprising a first coupling component connecting a first elementary pattern to a second elementary pattern adjacent thereto, and a second coupling component connecting the first elementary pattern to a third elementary pattern adjacent thereto.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the elementary pattern network is a row-column network, each coupling component connecting two adjacent conductive elementary patterns along a line or in a column; each group of coupling components of the first set, respectively the second set, is adjacent only to groups of coupling components of the second set, respectively of the first set;
  • each group of coupling components is a pair of coupling components, each pair of coupling components consisting of a first coupling component connecting a first elementary pattern to a second adjacent elementary pattern along a line, and a second coupling component coupling component connecting the first elementary pattern to a third adjacent elementary pattern in a column;
  • said control unit in the first mode, is configured to vary the capacitance value of all groups of coupling components, in order to vary a resonant frequency of the device;
  • said control unit is configured to vary the value of the capacitance of the coupling components of the first set and / or the second set, in order to vary a resonance frequency of the device;
  • said control unit is configured to vary the value of the capacitance of the coupling components of the first set and / or the second set, in order to vary a bandwidth of the device;
  • said coupling components are electrically controllable, and said control assembly is adapted to apply electrical control to the coupling components, to control the capacitance of the coupling component groups;
  • said coupling components are thermally controllable, and said control assembly is adapted to apply thermal control to said coupling components, to control the capacitance of the coupling component groups;
  • said coupling components are varicaps, in particular ferroelectric varicaps
  • - the command set includes:
  • each control module being associated with a group of coupling components of said groups of coupling components and being configured to selectively control the value of the capabilities of the associated coupling component group, and
  • control unit of the control modules configured to control said control modules so that each control module controls the value of the capacities of the component group of components; associated coupling, in the first mode or in the second mode selectively;
  • control unit is configured to control each control module by applying a predetermined electrical voltage across each coupling component of the coupling component group associated with the control module, and each control module is configured to applying the voltage commanded by said control unit across each coupling component of the associated coupling component group;
  • control unit is configured to control each control module the application of a predetermined temperature to the group of coupling components associated with said control module, and each control module is configured to apply said temperature controlled by said control unit; command to the associated coupling component group;
  • each elementary conductive pattern is in the form of a ring.
  • the subject of the invention is also a frequency selective surface system, said system being characterized in that it comprises a plurality of devices according to the invention, the substrates of said devices being common to said devices, the elementary conducting patterns of each device being printed on at least one surface of the substrate disjoined from any surface of the substrate on which the elementary conductive patterns of another device are printed.
  • FIG. 1 is a diagram of a frequency selective surface device according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a detailed diagram of a portion of the elementary pattern network and the coupling component network of the device of FIG. 1;
  • FIG. 3 illustrates the reflection coefficient Su of a selective surface device in band-stop mode as a function of frequency, for various capacitance values
  • FIG. 4 illustrates the transmission coefficient S 2 i of the device of FIG. 2 in band-stop mode as a function of frequency, for various capacitance values
  • FIG. 5 illustrates the reflection coefficient Su of the selective surface device of FIG. 2 in bandpass mode as a function of frequency, for various capacitance values
  • FIG. 6 illustrates the transmission coefficient S 2 i of the selective surface device of FIG. 2 in band-pass mode as a function of frequency, for various capacitance values;
  • - Figure 7 is a diagram of a system according to one embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a frequency selective surface device 2 according to an embodiment of the invention, hereinafter referred to simply as device 2.
  • the device 2 comprises a substrate 4, and a network 6 of conductive elements 8 printed on at least one surface of the substrate.
  • the conductive elements 8 form on the surface of the substrate elementary patterns forming together a regular network, and will subsequently be called elementary conductive patterns 8.
  • the substrate 4 is for example flat.
  • the substrate 4 is preferably made of a dielectric material, having dielectric characteristics, including a real permittivity and a tangent of losses, low.
  • the real permittivity of the material forming the substrate is less than 25 and its loss tangent is less than 0.1.
  • the substrate is an NX9300 dielectric substrate marketed by the company NELTEC® having a real permittivity equal to 3 and a loss tangent equal to 0.0023.
  • the substrate may be made of a monolithic composite material.
  • the elementary conductive patterns 8 are made of an electrically conductive material.
  • the elementary conductive patterns 8 are of identical shapes.
  • the conductive elementary patterns 8 are circular patterns forming rings.
  • the diameter of the rings is chosen in particular according to the working frequency targeted for the application.
  • the elementary conductive patterns 8 are arranged to form a network, in particular a column line network.
  • Column line network means that the conductive elementary patterns 8 are aligned both in rows and in columns.
  • each conductive elementary pattern 8 with the exception of elementary edge or edge conductive patterns, is thus adjacent to two conductive elementary patterns along one line and two other elementary conductive patterns along a column.
  • the elementary conductive patterns 8 are disjoint. By disjoint is meant that the elementary patterns are not connected to each other, in the absence of the coupling components described below.
  • the device 2 furthermore comprises a plurality of coupling components 12 (not shown in FIG. 1), configured to couple the conductive elementary patterns 8 two-to-two, as well as to an assembly 14 for controlling the coupling components 12.
  • bandpass mode will be referred to as a mode in which the device 2 transmits only electromagnetic radiations whose frequency is included in at least one frequency band comprised between a low cut-off frequency and a high cut-off frequency. , and centered around a resonance frequency.
  • the coupling components 12 and the control unit 14 thus make it possible, in combination, to selectively vary the operating mode, notch or bandpass, of the device 2, which was, in the absence of these elements , fixed.
  • the coupling components 12 and the control assembly 14 also make it possible to selectively vary the operating frequency of the device 2, which device is also, in the absence of these elements, fixed.
  • the coupling components 12 connect the conductive elementary elements 8 two by two, each coupling component 12 connecting two adjacent conductive elementary patterns 8.
  • each elementary conductive pattern 8 is connected to each of the conductive elementary patterns 8 which are adjacent thereto by a single coupling component 12.
  • each coupling component 12 connects two adjacent conductive elementary patterns 8 along a line or in a column.
  • the coupling components 12 therefore form, like the conductive elementary patterns 8, a column line network.
  • Coupling components 12 are capacitors with variable capacitance. The operation of each coupling component 12, in particular the value of its capacitance, can therefore be modified by applying a command to this coupling component 12, the coupling component 12 being biased directly or in reverse.
  • the coupling components 12 are identical to each other.
  • each coupling component 12 is able to function as a capacitor, the capacitance of which is variable as a function of electrical control, in particular of the voltage applied to its terminals.
  • the coupling components 12 are, for example, varicaps, in particular MOS varicaps, varicaps diodes or ferroelectric varicaps.
  • the coupling components may be MEMS, NEMs, PIN diodes, liquid crystal based components, Schottky diodes, or FET transistors.
  • the coupling components 12 are electrically controllable.
  • varicaps 12 are ferroelectric varicaps, they can be controlled by being polarized in reverse or in direct.
  • ferroelectric varicaps can also be thermally controllable. Each ferroelectric varicap is then able to function as a variable capacitor, the capacity of which is variable according to a thermal control applied to it in order to fix its temperature at a given operating temperature.
  • thermally controllable ferroelectric varicaps may be BST (Bai x Sr x TiO 3 ) varicaps.
  • BST Bi x Sr x TiO 3
  • varicaps BST are advantageous because they are controllable both electrically (in reverse and direct) and thermally, and essentially require the application of a potential difference, and therefore do not consume energy .
  • a BST varicap may have a variable capacitance that can take values between 3.2 pF and 0.7 pF when the voltage at its terminals varies from 0 V to 20 V, the capacitance being a decreasing function of the value. absolute of the applied voltage.
  • the coupling components 12 are chosen according to the desired application, in particular depending on the range of capacitance obtainable by varying the voltage across their terminals or by varying their temperature.
  • the coupling components 12 of the device 2 can be controlled in two distinct modes, corresponding to the two operating modes of the device, that is to say the band-pass mode and the notch mode.
  • the coupling components 12 are controlled in groups, each group of coupling components 12 comprising at least a first coupling component connecting a first elementary pattern to a second elementary pattern adjacent thereto, and a second coupling component, connecting the first elementary pattern to a third elementary pattern adjacent to it.
  • the capacity of the coupling components of a given group are therefore equal to each other.
  • Coupling component groups are disjoint, i.e., each coupling component belongs to a single group.
  • each group of coupling components is a pair of coupling components.
  • Each pair is formed of a first coupling component 12a, connecting a first elementary pattern to a second elementary pattern adjacent thereto in a line, and a second coupling component 12b, connecting the first elementary pattern to a third elementary pattern. which is adjacent to it according to a column.
  • the capacity of the first coupling component of a pair is therefore always identical to the capacity of the second coupling component of this pair.
  • Coupling component pairs are disjoint, i.e., each coupling component belongs to a single pair.
  • the coupling components interconnecting the conductive elementary patterns of an end line for example the last line
  • the coupling components interconnecting the conductive elementary patterns of an end column. eg the first column
  • capacity of a group for example a pair
  • coupling components By capacity of a group (for example a pair) of coupling components is therefore meant the common value of the capacity of the coupling components of this group (in particular of the first coupling component and the second coupling component of a coupling component). pair).
  • groups or pairs of coupling components of the first set are designated by the general reference 20a, while pairs of coupling components of the second set are designated by the general reference 20b.
  • each of the first and second complementary assemblies is formed of pairs of non-adjacent, non-adjacent, non-adjacent, non-adjacent coupling components in line and non-adjacent in columns.
  • each pair of coupling components 20a of the first set is only adjacent pairs of coupling components 20b of the second set, and conversely, each pair of coupling components 20b of the second set is adjacent only to pairs of coupling components. 20a of the first set.
  • pair of adjacent coupling components is meant two pairs of coupling components which both comprise coupling components connecting the same conductive elementary pattern to other elementary patterns.
  • two pairs of non-adjacent coupling components are such that no elementary elementary pattern connected to an elementary pattern by a coupling component of a first of these pairs is connected to an elementary pattern by a coupling component of the second of these pairs.
  • the coupling components are controlled so that they all have the same capacity.
  • the capacity of all groups of coupling components is set to the same value.
  • the capacity of the coupling component groups of the first set is set to a first value
  • the capacity of the coupling component groups of the second set is set to a second value. , distinct from the first value, such that the ratio of the capacitance C min to the value of the capacitance C max (C min / C m ax) remains below 0.90.
  • the control assembly 14 is configured to selectively control the capacitance value of the coupling component groups 12, in the first mode or in the second mode described above.
  • the control unit 14 is configured to control the value of the capacity of the groups 20a, 20b of coupling components selectively:
  • control unit 14 sets the capacity of all the groups of coupling components to the same value, in order to operate the device 2 in notch mode
  • control assembly 14 sets the capacity of the coupling components of the first set of coupling component groups 20a to a first value, and sets the capacity of the coupling components of the second set of groups 20b of coupling components to a second value, distinct from the first value.
  • control assembly 14 is further configured to vary the capacitance value of all the coupling component groups 20a, 20b 12, in order to vary the operating frequency of the device by notch mode, that is, the center frequency of the non-transmitted band.
  • the operating frequency increases when the value of the capacitance of the coupling components decreases.
  • control assembly 14 is further configured to vary the capacitance value of the coupling components of the first set of coupling components and / or the second set of coupling components, in order to vary the operating frequency of the device 2 in bandpass mode, that is to say the center frequency of the transmitted band.
  • the reciprocity is valid, with a similar increase in coupling component values, the operating frequency decreases.
  • control assembly 14 is also configured to vary the capacitance value of the coupling components of the first set of coupling components and / or the second set of coupling components, in order to vary the width of the bandwidth.
  • Increasing the ratio of C min / C m ax to 1 decreases the width of the bandwidth and vice versa, the decrease of the ratio C min / C m ax to 0 increases the width of the bandwidth.
  • control assembly 14 comprises a plurality of control modules of the coupling components 12, configured to control the components 12 to vary the capacitance, and a control unit 26, configured to control the control modules according to the desired notch or band-pass mode and / or the desired operating frequency.
  • control module for simplification, only a control module is shown schematically and is designated by the general reference 24.
  • the control modules 24 are each associated with a given group of coupling components, each coupling component being associated with a single control module.
  • Each control module 24 is configured to control the value of the capabilities of the coupling components of the group associated with it.
  • each control module is configured to control the value of the capabilities of the coupling components 12a, 12b of the group 20a or 20b associated therewith, in response to a command from the control unit 26.
  • the control unit 26 comprises a processor 28 and a memory 30.
  • the memory 30 comprises at least one storage area 32 in which are stored, for each notch and band-pass mode, quantities representative of the values of the capacities associated with several given operating frequencies.
  • the storage area 32 comprises, for each possible operating frequency, the value of the magnitude representative of the value of all the capacities making it possible to reach this operating frequency.
  • the storage area 32 comprises, for each of a plurality of possible operating frequencies, possibly associated with a bandwidth, a pair of values, including the value of the magnitude representative of the capacity. groups of coupling components of the first set and the value of the magnitude representative of the capacity of the groups of coupling components of the second set, making it possible to reach this operating frequency and, if applicable, the bandwidth width.
  • Each magnitude representative of the value of a capacitance is, for example, the value of the capacitor itself, a voltage value to be applied across the coupling component to obtain this capacitance, or a temperature value to be imposed on the component. coupling to obtain this ability.
  • the memory 30 furthermore comprises a control application 36 capable of being executed by the processor 28.
  • control application 36 When a given mode of operation, notch or bandpass, a given resonant frequency and possibly bandwidth are targeted, the control application 36 is configured to extract from the storage area 32 the values of the magnitudes representative of the capacities of the different groups of coupling components making it possible to obtain an operation of the device 2 according to the intended mode and the targeted operating frequency. Furthermore, the control application 36 is configured to control the control modules 24 by transmitting to each control module 24 the value of the quantity representative of the capacity of the group of coupling components associated with this module.
  • the operating mode, the operating frequency and the width of the bandwidth are for example entered by an operator by means of a suitable man-machine interface connected to the control unit 26, or are provided by another connected system. to the control unit 26.
  • the control assembly 14 is adapted to apply electrical control to the coupling components 12, to control the value of the capacitances of the coupling component groups 12.
  • the magnitude representative of the value of the capacitance of a coupling component 12 is, for example, the voltage to be applied across the coupling component to obtain this capacitance value.
  • the control unit 26 is thus configured to control at each control module 24 the application of a predetermined electrical voltage across the capacitors of a group 20a or 20b of coupling components 12, depending on the operating mode of operation. the target operating frequency, and possibly the target bandwidth, and each control module 24 is configured to apply the electrical voltage controlled by the control unit 26 to the terminals of the coupling components 12 of the coupling component group 12.
  • the control unit 26 comprises two variable voltage sources, each connected via electrical branches to the groups of coupling components of the first set or the second set respectively.
  • the two voltage sources generate a voltage at the same value, while for band-pass operation, the voltages generated by the two sources of voltage differ. In these two modes, the voltages generated depend on the target operating frequency.
  • the control assembly 14 is adapted to apply thermal control to the coupling components 12, to control the value of the capacitances of the coupling component groups 20a, 20b. 12.
  • the magnitude representative of the value of the capacitance of a coupling component 12 is, for example, the temperature to be imposed on the coupling component 12 to obtain this capacitance value.
  • the control unit 26 is thus configured to control each module
  • each control module 24 controls the application of a predetermined temperature to a group of coupling components, and each control module 24 is configured to apply the temperature controlled by the control unit 26 to the group of coupling components 12.
  • control modules 24 may be chosen from Peltier modules, heating resistors, or pyrooptic control means.
  • a frequency selective surface device has been manufactured from a 0.78 mm thick substrate made of a material having a real permittivity equal to 3 and a loss tangent of 0 , 0023.
  • a plurality of circular shaped conductive elementary patterns has been printed on this substrate, the elementary patterns forming a row-column array.
  • Each elementary pattern forms a ring of internal diameter equal to 23 mm, the width of the band forming the ring being 0.5 mm.
  • Each elemental pattern occupies a 25 mm square cell. The different elementary patterns are therefore disjoint.
  • Varicaps were inserted to connect the different elementary patterns, as described above.
  • the varicaps are BST varicaps, whose capacity varies from 3.2 pF to 0.7 pF when the voltage at its terminals varies from 0 V to ⁇ 20 V.
  • Electrical branches have also been printed on the substrate in order to link each pair of varicaps of a first set, as described above, to a first voltage source, and to connect each pair of varicaps of a second together to a second source of voltage.
  • the frequency response of this device was tested in notch mode by applying several voltage values across the varicaps, the same voltage being generated by the first and second voltage sources. Three Voltage values were tested, corresponding to three capacitance values for all the varicaps, equal to 3.2 pF, 1.85 pF and 0.7 pF, respectively.
  • Electromagnetic waves were emitted on the device, with a zero angle of incidence and a vertical polarization, and the transmitted waves were analyzed to determine the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 2 i as a function of the frequency , for frequencies between 0.5 and 2.2 GHz.
  • FIGS. 3 and 4 thus illustrate the variation of the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 2, respectively as a function of frequency, for capacitance values equal to 3.2 pF (curve A), 1.85 pF (curve B) and 0.7 pF (curve C).
  • the operation of the device 1 is that of a notch filter.
  • Figure 4 shows in particular a displacement of the resonance frequency of the device, that is to say the central frequency of the non-transmitted band, to higher frequencies when the value of the capacitance decreases.
  • Electromagnetic waves were emitted to the device at zero angle of incidence and vertical polarization, and the reflected and transmitted waves were analyzed to determine the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 2 i as a function of the frequency, for frequencies between 0.5 and 2.2 GHz.
  • Figures 5 and 6 thus illustrate the variation of the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 21 respectively as a function of frequency, for these four pairs of capacitance values.
  • the curve D illustrates the variation of the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 21 respectively as a function of the frequency for the pair of capacitance values 2.3 / 3.2 pF.
  • Curve E illustrates the variation of the reflection coefficient Su and of the transmission coefficient S 21 respectively as a function of frequency for the pair of capacitance values 1, 5 / 2.9 p F.
  • Curve F illustrates the variation of the reflection coefficient Su and the transmission coefficient S 2 i respectively as a function of the frequency for the pair of capacitance values 0.7 / 3.2 p F.
  • the curve G illustrates the variation of the reflection coefficient Su and of the transmission coefficient S 2 i respectively as a function of the frequency for the pair of capacitance values 0.7 / 1, 5 pF.
  • the operation of the device is that of a band-pass filter whose operating frequency, corresponding to the central frequency of the transmitted frequency band, varies when the absolute values of capacity C min and C max of the torque varies.
  • the width of the bandwidth when the value of the ratio C min / C m ax of the torque varies.
  • there is a variation in the width of the bandwidth with an opening at -3 dB, from 0.010 GHz to 0.150 GHz.
  • the 2.3 / 3.2 pF pair (curve D) makes it possible to obtain a very narrow bandpass mode, with the ratio C min / C m ax close to 1.
  • the bandwidth is adjustable by the variation of the ratio C min / C m ax.
  • the frequency-selective surface device is thus multifunctional, in that it is able to function selectively as a notch or as a band-pass, in response to a command, depending on the intended applications.
  • this device is frequency controllable, the operating frequency and the width of the bandwidth can be changed, by applying a command, depending on the need.
  • the device offers bandwidth widths that can reach higher values than those offered by traditional devices.
  • Such a device is able to be integrated in a composite structural wall, without degrading the mechanical properties. It will be understood, however, that only the substrate on which the conductive elementary patterns and possibly the branches are printed, and the coupling components, are integrated into the wall, the control unit being able to be offset outside the wall.
  • this device can be integrated in a composite wall of the monolithic type or in a sandwich-type composite wall, in particular by insertion between two composite plies, or at the interface between the core and a skin of the sandwich, or still in insertion within the soul in a perfectly parallel to the faces of the structure (for example by gluing between two plates of materials constituting the core).
  • an active radome wall associated with an antenna, and / or as a supporting structure, for example a structure carrying an antenna,
  • the integration of devices according to the invention in a structural wall of a carrier makes it possible to modify the radar signature.
  • FIG. 6 illustrates several devices according to the invention.
  • Such a system thus comprises several devices according to the invention which share the same substrate, and possibly the same control unit.
  • the networks 6 of conductive elementary patterns 8 of the various devices 2 are arranged in rows and columns, to form a regular overall network of elementary patterns.
  • each of the devices 2 in particular its mode of operation as a notch or as a bandpass, its operating frequency and possibly its bandwidth, remains nevertheless controllable independently of the other devices 2 of the device.
  • some devices 2 may be controlled to function as band-passes, the other devices 2 being controlled to function as tape cutters.
  • the conductive elementals are not necessarily circular (rings and solid discs) but can be elliptical, square, rectangular, hexagonal, cross of Jerusalem, etc.

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Ce dispositif comprend un substrat, un réseau de motifs élémentaires conducteurs (8) imprimés sur une surface dudit substrat, et un réseau de composants de couplage (12, 12a, 12b), chacun reliant deux motifs élémentaires conducteurs (8) adjacents et ayant une capacité modifiable. Le dispositif comprend un ensemble de commande pour commander la valeur des capacités de groupes (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) sélectivement selon un premier mode coupe-bande, dans lequel la capacité de l'ensemble des groupes (20a, 20b) est fixée à une même valeur, et un deuxième mode passe-bande, dans lequel la capacité des composants de couplage (12, 12a, 12b) d'un premier ensemble de groupes (20a) est fixée à une première valeur, et la capacité des composants de couplage (12, 12a, 12b) d'un deuxième ensemble (20b) de groupes, complémentaire au premier ensemble, est fixée à une deuxième valeur.

Description

Surface sélective en fréquence commandable et multifonctionnelle
La présente invention concerne un dispositif à surface sélective en fréquence, comprenant un substrat, un réseau de motifs élémentaires conducteurs imprimés sur au moins une surface dudit substrat, et un réseau de composants de couplage, chaque composant de couplage reliant deux motifs élémentaires conducteurs adjacents, chaque composant de couplage ayant une capacité modifiable par application d'une commande.
Les dispositifs à surface sélective en fréquence (également appelée FSS pour « Frequency Sélective Surface » en anglais) sont des éléments connus dans le milieu de l'électromagnétisme, ayant la capacité selon leur configuration de rejeter certaines fréquences ou au contraire de transmettre certaines fréquences. Ces dispositifs sont généralement réalisés sous la forme de surfaces périodiques constituées d'un arrangement ordonné sur un substrat d'éléments passifs électriquement conducteurs, formant des motifs. Lorsque cet arrangement d'éléments est soumis à une onde électromagnétique plane incidente, celle-ci est en partie transmise et en partie réfléchie.
Sous certaines conditions de résonance, l'amplitude de l'onde transmise est égale à 0, l'énergie étant réfléchie ou diffusée du côté de l'onde incidente. Ce type de surface se comporte ainsi soit comme un filtre passe-bande, c'est-à-dire laissant passer des ondes électromagnétiques à une fréquence donnée, soit comme un filtre coupe-bande, c'est-à- dire rejetant des ondes électromagnétiques à une fréquence donnée.
Néanmoins une telle solution souffre d'une double rigidité. D'une part, la largeur de bande passante fonctionnelle visée est une conséquence directe du motif périodique retenu, et ne peut pas être modifiée. D'autre part, il n'est pas possible, avec le même dispositif, de basculer d'une fonction « passe bande » vers une fonction « coupe bande » ou réciproquement.
Afin de remédier à ces inconvénients, il a été proposé d'intégrer à des dispositifs à surface sélective en fréquence des condensateurs variables ou des diodes, commandables électriquement, permettant ainsi de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif.
En particulier, il a été proposé, pour réaliser un dispositif à surface sélective en fréquence coupe-bande actif, c'est-à-dire dont la fréquence rejetée est variable, d'interconnecter les motifs de la surface sélective en fréquence au moyen de composants électroniques, tels que des selfs et/ou des capacités variables afin de rendre les FSS actives. Par exemple, une variation de la tension appliquée aux bornes des capacités variables apporte une modification de la fréquence rejetée. Néanmoins, cette solution ne permet pas de faire fonctionner le dispositif de manière sélective en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Il a par ailleurs été proposé de faire varier le mode de fonctionnement, en passe- bande ou en coupe-bande, pour une même configuration des motifs, en utilisant des modes de métallisation du dispositif, différents. Par exemple, pour une même configuration, lorsque le substrat est diélectrique et les motifs métallisés, le dispositif fonctionne en mode coupe-bande, tandis que lorsque le substrat est métallisé et les motifs diélectriques, le dispositif fonctionne en mode passe-bande.
Néanmoins, cette solution ne permet pas non plus de faire fonctionner un même dispositif de manière sélective en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Un objectif de l'invention est donc de fournir un dispositif à surface sélective en fréquence qui soit multifonctionnel, c'est-à-dire qui puisse fonctionner sélectivement, en réponse à une commande, en mode coupe-bande et en mode passe-bande.
A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce que qu'il comprend en outre un ensemble (14) de commande configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités de groupes de composants de couplage sélectivement selon :
un premier mode, dans lequel la capacité de l'ensemble des groupes de composants de couplage est fixée à une même valeur, en vue de faire fonctionner ledit dispositif en mode coupe-bande, et
un deuxième mode, dans lequel la capacité des composants de couplage d'un premier ensemble de groupes de composants de couplage est fixée à une première valeur, et la capacité des composants de couplage d'un deuxième ensemble de groupes de composants de couplage, complémentaire au premier ensemble, est fixée à une deuxième valeur, distincte de la première valeur, en vue de faire fonctionner ledit dispositif en mode passe-bande,
chaque groupe de composants de couplage comprenant un premier composant de couplage reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent, et un deuxième composant de couplage reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le réseau de motifs élémentaires est un réseau lignes-colonnes, chaque composant de couplage reliant deux motifs élémentaires conducteurs adjacents selon une ligne ou selon une colonne ; - chaque groupe de composants de couplage du premier ensemble, respectivement du deuxième ensemble, est adjacent uniquement à des groupes de composants de couplage du deuxième ensemble, respectivement du premier ensemble ;
- chaque groupe de composants de couplage est une paire de composants de couplage, chaque paire de composants de couplage étant constituée d'un premier composant de couplage reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire adjacent selon une ligne, et d'un deuxième composant de couplage reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire adjacent selon une colonne ;
- dans le premier mode, ledit ensemble de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité de tous les groupes de composants de couplage, en vue de faire varier une fréquence de résonance du dispositif ;
- dans le deuxième mode, ledit ensemble de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble et/ou du deuxième ensemble, en vue de faire varier une fréquence de résonance du dispositif ;
- dans le deuxième mode, ledit ensemble de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble et/ou du deuxième ensemble, en vue de faire varier une largeur de bande passante du dispositif ;
- lesdits composants de couplage sont commandables électriquement, et ledit ensemble de commande est adapté pour appliquer une commande électrique aux composants de couplage, afin de commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage ;
- lesdits composants de couplage sont commandables thermiquement, et ledit ensemble de commande est adapté pour appliquer une commande thermique auxdits composants de couplage, afin de commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage ;
- lesdits composants de couplage sont des varicaps, notamment des varicaps ferroélectriques ;
- l'ensemble de commande comprend :
- un réseau de modules de commande des composants de couplage, chaque module de commande étant associé à un groupe de composants de couplage parmi lesdits groupes de composants de couplage et étant configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités du groupe de composants de couplage associé, et
- une unité de commande des modules de commande, configurée pour commander lesdits modules de commande pour que chaque module de commande commande la valeur des capacités du groupe de composants de couplage associé, selon le premier mode ou selon le deuxième mode sélectivement ;
- ladite unité de commande est configurée pour commander à chaque module de commande l'application d'une tension électrique prédéterminée aux bornes de chaque composants de couplage du groupe de composants de couplage associé au module de commande, et chaque module de commande est configuré pour appliquer la tension électrique commandée par ladite unité de commande aux bornes de chaque composant de couplage du groupe de composants de couplage associé ;
- ladite unité de commande est configurée pour commander à chaque module de commande l'application d'une température prédéterminée au groupe de composants de couplage associé audit module de commande, et chaque module de commande est configuré pour appliquer ladite température commandée par ladite unité de commande au groupe de composants de couplage associé ;
- chaque motif élémentaire conducteur est en forme d'anneau.
L'invention a également pour objet un système à surface sélective en fréquence, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositifs selon l'invention, les substrats desdits dispositifs étant communs auxdits dispositifs, les motifs élémentaires conducteurs de chaque dispositif étant imprimés sur au moins une surface du substrat disjointe de toute surface du substrat sur laquelle sont imprimés les motifs élémentaires conducteurs d'un autre dispositif.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est un schéma d'un dispositif à surface sélective en fréquence selon un mode de réalisation de l'invention;
- la Figure 2 est un schéma détaillé d'une partie du réseau de motifs élémentaires et du réseau de composants de couplage du dispositif de la Figure 1 ;
- la Figure 3 illustre le coefficient de réflexion Su d'un dispositif à surface sélective en mode coupe-bande en fonction de la fréquence, pour diverses valeurs des capacités ;
- la Figure 4 illustre le coefficient de transmission S2i du dispositif de la Figure 2 en mode coupe-bande en fonction de la fréquence, pour diverses valeurs des capacités ;
- la Figure 5 illustre le coefficient de réflexion Su du dispositif à surface sélective de la Figure 2 en mode passe-bande en fonction de la fréquence, pour diverses valeurs des capacités ;
- la Figure 6 illustre le coefficient de transmission S2i du dispositif à surface sélective de la Figure 2 en mode passe-bande en fonction de la fréquence, pour diverses valeurs des capacités ; - la Figure 7 est un schéma d'un système selon un mode de réalisation de l'invention.
Les Figures 1 et 2 illustrent un dispositif 2 à surface sélective en fréquence selon un mode de réalisation de l'invention, appelé par la suite simplement dispositif 2.
Le dispositif 2 comprend un substrat 4, et un réseau 6 d'éléments conducteurs 8 imprimés sur au moins une surface du substrat.
Les éléments conducteurs 8 forment sur la surface du substrat des motifs élémentaires formant ensemble un réseau régulier, et seront par la suite appelés motifs élémentaires conducteurs 8.
Le substrat 4 est par exemple plan. Le substrat 4 est de préférence réalisé en un matériau diélectrique, ayant des caractéristiques diélectriques, notamment une permittivité réelle et une tangente de pertes, faibles. De préférence, la permittivité réelle du matériau formant le substrat est inférieure à 25 et sa tangente de pertes est inférieure à 0,1 .
Par exemple, le substrat est un substrat diélectrique NX9300 commercialisé par la société NELTEC® ayant une permittivité réelle égale à 3 et une tangente de perte égale à 0,0023.
En variante, le substrat peut être réalisé en un matériau composite monolithique.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont réalisés en un matériau électriquement conducteur.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont de formes identiques.
Dans l'exemple représenté, les motifs élémentaires conducteurs 8 sont des motifs circulaires formant des anneaux.
Le diamètre des anneaux est choisi notamment en fonction de la fréquence de travail visée pour l'application.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont agencés de manière à former un réseau, notamment un réseau ligne colonne. Par réseau ligne colonne, on entend que les motifs élémentaires conducteurs 8 sont alignés à la fois selon des lignes et selon des colonnes.
Dans l'exemple représenté, chaque motif élémentaire conducteur 8, à l'exception des motifs élémentaires conducteurs de bord ou de coin, est ainsi adjacent à deux motifs élémentaires conducteurs selon une ligne et à deux autres motifs élémentaires conducteurs selon une colonne.
Les motifs élémentaires conducteurs 8 sont disjoints. Par disjoints, on entend que les motifs élémentaires ne sont pas reliés les uns aux autres, en l'absence des composants de couplage décrits ci-après. Afin de permettre une commandabilité du mode de fonctionnement du réseau de motifs élémentaires conducteurs 8, c'est-à-dire de permettre de basculer d'un mode passe-bande à un mode coupe-bande, et de modifier la fréquence de fonctionnement en mode passe-bande ou en mode coupe-bande, le dispositif 2 comprend par ailleurs une pluralité de composants 12 de couplage (non illustrés sur la Figure 1 ), configurés pour coupler les motifs élémentaires conducteurs 8 deux-à-deux, ainsi qu'un ensemble 14 de commande des composants 12 de couplage.
Dans la suite de la description, on appellera mode passe-bande un mode dans lequel le dispositif 2 transmet uniquement des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence est comprise dans au moins une bande de fréquence comprise entre une fréquence de coupure basse et une fréquence de coupure haut, et centrée autour d'une fréquence de résonance.
On appellera par ailleurs mode coupe-bande un mode dans lequel le dispositif 2 transmet uniquement des rayonnements électromagnétiques dont la fréquence n'est pas comprise dans une bande de fréquence comprise entre une fréquence de coupure basse et une fréquence de coupure haut, et centrée autour d'une fréquence de résonance.
Ces fréquences de résonance seront désignées par extension comme fréquence de fonctionnement du dispositif, en mode passe-bande ou en mode coupe-bande.
Les composants 12 de couplage et l'ensemble 14 de commande 6 permettent ainsi, en combinaison, de faire varier sélectivement le mode de fonctionnement, coupe- bande ou passe-bande, du dispositif 2, qui était, en l'absence ce ces éléments, fixé.
Les composants 12 de couplage et l'ensemble 14 de commande permettent également de faire varier sélectivement la fréquence de fonctionnement du dispositif 2, celle-ci étant également, en l'absence de ces éléments, fixée.
Les composants 12 de couplage relient les motifs élémentaires conducteurs 8 deux-à-deux, chaque composant de couplage 12 reliant deux motifs élémentaires conducteurs 8 adjacents.
En particulier, chaque motif élémentaire conducteur 8 est relié à chacun des motifs élémentaires conducteurs 8 qui lui sont adjacents par un unique composant 12 de couplage.
Dans l'exemple représenté, chaque composant 12 de couplage relie deux motifs élémentaires conducteurs 8 adjacents selon une ligne ou selon une colonne. Les composants 12 de couplage forment donc, comme les motifs élémentaires conducteurs 8, un réseau ligne colonne.
Les composants 12 de couplage sont des condensateurs à capacité variable. Le fonctionnement de chaque composant 12 de couplage, en particulier la valeur de sa capacité, peut donc être modifié par application d'une commande à ce composant 12 de couplage, le composant 12 de couplage étant polarisé en direct ou en inverse.
Les composants 12 de couplage sont identiques les uns aux autres.
Les composants 12 de couplage sont commandables électriquement. Ainsi, chaque composant 12 de couplage est propre à fonctionner comme un condensateur, dont la capacité est variable en fonction d'une commande électrique, en particulier de la tension électrique appliquée à ses bornes.
Les composants 12 de couplage sont par exemple des varicaps, notamment des varicaps MOS, des diodes varicaps ou des varicaps ferroélectriques.
En variante, les composants de couplage peuvent être des MEMS, des NEMs, des diodes PIN, des composants à base de cristaux liquides, des diodes Schottky, ou des transistors FET.
Les composants 12 de couplage sont commandables électriquement.
Lorsque les varicaps 12 sont des varicaps ferroélectriques, elles peuvent être commandées en étant polarisées en inverse ou en direct.
Par ailleurs, de telles varicaps ferroélectriques peuvent également être commandables thermiquement. Chaque varicap ferroélectrique est alors propre à fonctionner comme un condensateur variable, dont la capacité est variable en fonction d'une commande thermique qui lui est appliquée en vue de fixer sa température à une température de fonctionnement donnée.
Par exemple, de telles varicaps ferroélectriques, commandables thermiquement peuvent être des varicaps de BST (Bai-xSrxTi03). En particulier, de telles varicaps de BST sont avantageuses, car elles sont commandables à la fois électriquement (en inverse et en direct) et thermiquement, et nécessitent essentiellement l'application d'une différence de potentiel, et ne consomment ainsi pas d'énergie.
Par exemple, une varicap de BST peut avoir une capacité variable pouvant prendre des valeurs comprises entre 3,2 pF et 0,7 pF lorsque la tension à ses bornes varie de 0 V à 20 V, la capacité étant une fonction décroissante de la valeur absolue de la tension appliquée.
Les composants 12 de couplage sont choisis en fonction de l'application souhaitée, en particulier en fonction de la gamme de capacité pouvant être obtenue en faisant varier la tension à leurs bornes ou en faisant varier leur température.
Lorsque les composants 12 de couplage sont commandés électriquement, une variation de la capacité d'un composant 12 de couplage est obtenue en faisant varier la tension appliquée à ses bornes. Lorsque les composants 12 de couplage sont commandés thermiquement, une variation de la capacité d'un composants 12 de couplage est obtenue en faisant varier la température appliquée à ce composant 12 de couplage.
Les composants 12 de couplage du dispositif 2 peuvent être commandés selon deux modes distincts, correspondant aux deux modes de fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire le mode passe-bande et le mode coupe-bande.
Les composants 12 de couplage sont commandés par groupe, chaque groupe de composants 12 de couplage comprenant au moins un premier composant de couplage reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent, et un deuxième composant de couplage, reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent. La capacité des composant de couplage d'un groupe donné sont donc égales les unes aux autres. Les groupes de composants de couplage sont disjoints, c'est-à-dire que chaque composant de couplage appartient à un unique groupe.
Notamment, dans l'exemple représenté, dans lequel les motifs élémentaires forment un réseau ligne-colonne, chaque groupe de composants de couplage est une paire de composants de couplage. Chaque paire est formée d'un premier composant de couplage12a, reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent selon une ligne, et d'un deuxième composant de couplage 12b, reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent selon une colonne. La capacité du premier composant de couplage d'une paire est donc toujours identique à la capacité du deuxième composant de couplage de cette paire. Les paires de composant de couplage sont disjointes, c'est-à-dire que chaque composant de couplage appartient à une unique paire.
Néanmoins, on comprendra que les composant de couplage reliant entre eux les motifs élémentaires conducteurs d'une ligne d'extrémité (par exemple la dernière ligne), et les composant de couplage reliant entre eux les motifs élémentaires conducteurs d'une colonne d'extrémité (par exemple la première colonne), n'appartiennent pas à un groupe ou paire de composants de couplage. Ces composants de couplage sont donc omis.
Par capacité d'un groupe (par exemple d'une paire) de composants de couplage on entend donc la valeur commune de la capacité des composants de couplage de ce groupe (notamment du premier composant de couplage et du deuxième composant de couplage d'une paire). On distingue par ailleurs un premier ensemble de groupes de composants de couplage et un deuxième ensemble de groupes de composants de couplage, qui sont disjoints et complémentaires.
Dans l'exemple illustré sur la Figure 2, des groupes ou paires de composants de couplage du premier ensemble sont désignées par la référence générale 20a, tandis que des paires de composants de couplage du deuxième ensemble sont désignées par la référence générale 20b.
Comme visible sur la Figure 2, chacun des premiers et deuxième ensembles complémentaires est formé de paires de composants de couplage non adjacentes deux- à-deux, i.e. non adjacentes en ligne et non adjacente en colonnes.
Ainsi, chaque paire de composants de couplage 20a du premier ensemble est adjacente uniquement à des paires de composants de couplage 20b du deuxième ensemble, et réciproquement, chaque paire de composants de couplage 20b du deuxième ensemble est adjacente uniquement à des paires de composants de couplage 20a du premier ensemble.
Par paire de composants de couplage adjacents, on entend deux paires de composants de couplage qui comprennent toutes deux des composants de couplage reliant un même motif élémentaire conducteur à d'autres motifs élémentaires. A contrario, deux paires de composants de couplage non adjacentes sont telles qu'aucun motif élémentaire conducteur relié à un motif élémentaire par un composant de couplage d'une première de ces paires n'est relié à un motif élémentaire par un composant de couplage de la deuxième de ces paires.
Dans un premier mode de commande, correspondant au mode coupe-bande, les composants de couplage sont commandés de manière à avoir tous la même capacité. Ainsi, la capacité de l'ensemble des groupes de composants de couplage est fixée à une même valeur.
Dans un deuxième mode de commande, correspondant au mode passe-bande, la capacité des groupes de composants de couplage du premier ensemble est fixée à une première valeur, et la capacité des groupes de composants de couplage du deuxième ensemble est fixée à une deuxième valeur, distincte de la première valeur, de telle manière à ce que le rapport de la capacité Cmin sur la valeur de la capacité Cmax (Cmin/Cmax) reste inférieur à 0,90.
L'ensemble 14 de commande est configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités des groupes de composants de couplage 12, selon le premier mode ou selon le deuxième mode décrit ci-dessus. En particulier, l'ensemble 14 de commande est configuré pour commander la valeur de la capacité des groupes 20a, 20b de composants de couplage sélectivement :
selon le premier mode, dans lequel l'ensemble 14 de commande fixe la capacité de l'ensemble des groupes de composants de couplage à une même valeur, en vue de faire fonctionner le dispositif 2 en mode coupe-bande,
selon le deuxième mode, dans lequel l'ensemble 14 de commande fixe la capacité des composants de couplage du premier ensemble de groupes 20a de composants de couplage à une première valeur, et fixe la capacité des composants de couplage du deuxième ensemble de groupes 20b de composants de couplage à une deuxième valeur, distincte de la première valeur.
Dans le premier mode, l'ensemble 14 de commande est en outre configuré pour faire varier la valeur de la capacité de l'ensemble des groupes 20a, 20b de composants de couplage 12, en vue de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif en mode coupe-bande, c'est-à-dire de la fréquence centrale de la bande non transmise. Notamment, la fréquence de fonctionnement augmente lorsque la valeur de la capacité des composants de couplage diminue.
Dans le deuxième mode, l'ensemble 14 de commande est en outre configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble de composants de couplage et/ou du deuxième ensemble de composants de couplage, en vue de faire varier la fréquence de fonctionnement du dispositif 2 en mode passe-bande, c'est-à-dire la fréquence centrale de la bande transmise.
Afin de faire varier la fréquence de fonctionnement de ce deuxième mode, la variation des groupes de composants de couplage doit être du même ordre, c'est-à-dire, pour un groupe 20a de 2,7pF et un groupe 20b de 3,2pF, en diminuant les valeurs des capacités variables de -0,5 pF soit 20a = 2,2 pF et 20b = 2,7 pF, la fréquence de fonctionnement augmente. La réciprocité est valable, avec une augmentation du même ordre des valeurs de composants de couplage, la fréquence de fonctionnement diminue.
En outre, dans le deuxième mode, l'ensemble 14 de commande est également configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage du premier ensemble de composants de couplage et/ou du deuxième ensemble de composants de couplage, en vue de faire varier la largeur de la bande passante. L'augmentation de la valeur du rapport Cmin/Cmax vers 1 diminue la largeur de la bande passante et réciproquement, la diminution du rapport Cmin/Cmax vers 0 augmente la largeur de la bande passante.
A cette fin, l'ensemble 14 de commande comprend une pluralité de modules de commande des composants de couplage 12, configurés pour commander les composants de couplage 12 afin d'en faire varier la capacité, et une unité 26 de commande, configurée pour commander les modules de commande en fonction du mode coupe- bande ou passe-bande souhaité et/ou en fonction de la fréquence de fonctionnement souhaitée. Sur la Figure 1 , à titre de simplification, seul un module de commande est représenté de manière schématique et est désigné par la référence générale 24.
Les modules 24 de commande sont chacun associés à un groupe de composants de couplage donné, chaque composant de couplage étant associé à un unique module de commande.
Chaque module 24 de commande est configuré pour commander la valeur des capacités des composants de couplage du groupe qui lui est associé. En particulier, chaque module de commande est configuré pour commander la valeur des capacités des composants de couplage 12a, 12b du groupe 20a ou 20b qui lui est associé, en réponse à une commande issue de l'unité 26 de commande.
L'unité 26 de commande comprend un processeur 28 et une mémoire 30.
La mémoire 30 comprend au moins une zone de stockage 32 dans laquelle sont stockées, pour chaque mode coupe-bande et passe-bande, des grandeurs représentatives des valeurs des capacités associées à plusieurs fréquences de fonctionnement données.
Ainsi, pour le mode coupe-bande, la zone de stockage 32 comprend, pour chaque fréquence de fonctionnement possible, la valeur de la grandeur représentative de la valeur de toutes les capacités permettant d'atteindre cette fréquence de fonctionnement.
Pour le mode passe-bande, la zone de stockage 32 comprend, pour chacune d'une pluralité de fréquences de fonctionnement possibles, éventuellement associée à une largeur de bande passante, un couple de valeurs, comprenant la valeur de la grandeur représentative de la capacité des groupes de composants de couplage du premier ensemble et la valeur de la grandeur représentative de la capacité des groupes de composants de couplage du deuxième ensemble, permettant d'atteindre cette fréquence de fonctionnement et le cas échéant la largeur de bande passante.
Chaque grandeur représentative de la valeur d'une capacité est par exemple la valeur de la capacité elle-même, une valeur de tension devant être appliquée aux bornes du composant de couplage pour obtenir cette capacité, ou une valeur de température devant être imposée au composant de couplage pour obtenir cette capacité.
Ces données sont par exemple issues d'un étalonnage préalablement réalisé en condition réelles. Notamment, si le dispositif 2 est destiné à être intégré à une paroi composite, l'étalonnage est réalisé après intégration du dispositif dans la paroi composite. La mémoire 30 comprend par ailleurs une application 36 de commande, propre à être exécutée par le processeur 28.
Lorsqu'un mode donné de fonctionnement, coupe-bande ou passe-bande, une fréquence de résonance donnée et éventuellement une largeur de bandes passantes sont visées, l'application 36 de commande est configurée pour extraire de la zone de stockage 32 les valeurs des grandeurs représentatives des capacités des différents groupes de composants de couplage permettant d'obtenir un fonctionnement du dispositif 2 selon le mode visé et la fréquence de fonctionnement visée. Par ailleurs, l'application 36 de commande est configurée pour commander les modules 24 de commande en transmettant à chaque module 24 de commande la valeur de la grandeur représentative de la capacité du groupe de composants de couplage associé à ce module.
Le mode de fonctionnement, la fréquence de fonctionnement et la largeur de la bande passante sont par exemple saisies par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine adaptée reliée à l'unité 26 de commande, ou sont fournies par un autre système relié à l'unité 26 de commande.
Selon un mode de réalisation, les composants de couplage 12 étant commandables électriquement, l'ensemble 14 de commande est adapté pour appliquer une commande électrique aux composants de couplage 12, afin commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage 12.
Dans ce mode de réalisation, la grandeur représentative de la valeur de la capacité d'un composant de couplage 12 est par exemple la tension devant être appliquée aux bornes du composant de couplage pour obtenir cette valeur de capacité.
L'unité 26 de commande est ainsi configurée pour commander à chaque module 24 de commande l'application d'une tension électrique prédéterminée aux bornes des capacités d'un groupe 20a ou 20b de composants de couplage 12, en fonction du mode de fonctionnement de la fréquence de fonctionnement visés, et éventuellement de la largeur de bande passante visés, et chaque module 24 de commande est configuré pour appliquer la tension électrique commandée par l'unité 26 de commande aux bornes des composants de couplage 12 du groupe de composants de couplage 12. Par exemple, l'unité 26 de commande comprend deux sources de tension variable, chacune reliée, via des ramifications électriques, aux groupes de composants de couplage du premier ensemble ou du deuxième ensemble respectivement.
Pour obtenir un fonctionnement en mode coupe-bande, les deux sources de tension génèrent une tension à la même valeur, tandis que pour obtenir un fonctionnement en mode passe-bande, les tensions générées par les deux sources de tension diffèrent. Dans ces deux modes, les tensions générées dépendent de la fréquence de fonctionnement visée.
Selon un autre mode de réalisation, les composants de couplage 12 étant commandables thermiquement, l'ensemble 14 de commande est adapté pour appliquer une commande thermique aux composants de couplage 12, afin commander la valeur des capacités des groupes 20a, 20b de composants de couplage 12.
Dans ce mode de réalisation, la grandeur représentative de la valeur de la capacité d'un composant de couplage 12 est par exemple la température devant être imposée au composant de couplage 12 pour obtenir cette valeur de capacité.
L'unité 26 de commande est ainsi configurée pour commander à chaque module
24 de commande l'application d'une température prédéterminée à un groupe de composants de couplage, et chaque module 24 de commande est configuré pour appliquer la température commandée par l'unité 26 de commande au groupe de composants de couplage 12.
Par exemple, les modules 24 de commande peuvent être choisis parmi des modules Peltier, des résistances chauffantes, ou des moyens de commande pyrooptiques.
A titre d'exemple, un dispositif à surface sélective en fréquence a été fabriqué à partir d'un substrat de 0,78 mm d'épaisseur, réalisé en un matériau ayant une permittivité réelle égale à 3 et une tangente de pertes égale à 0,0023. Une pluralité de motifs élémentaire conducteurs de forme circulaire a été imprimée sur ce substrat, les motifs élémentaires formant un réseau lignes-colonnes. Chaque motif élémentaire forme un anneau de diamètre interne égal à 23 mm, la largeur de la bande formant l'anneau étant de 0,5 mm. Chaque motif élémentaire occupe une cellule carrée de 25 mm de côté. Les différents motifs élémentaires sont donc disjoints.
Des varicaps ont été insérées pour relier les différents motifs élémentaires, comme décrit ci-dessus. Les varicaps sont des varicaps de BST, dont la capacité varie de 3,2 pF à 0,7 pF lorsque la tension à ses bornes varie de 0 V à ±20 V.
Des ramifications électriques ont par ailleurs été imprimées sur le substrat afin de lier chaque paire de varicaps d'un premier ensemble, tel que décrit ci-dessus, à une première source de tension, et afin de relier chaque paire de varicaps d'un deuxième ensemble à une deuxième source de tension.
Dans un premier temps, la réponse en fréquence de ce dispositif a été testée en mode coupe-bande en appliquant plusieurs valeurs de tension aux bornes des varicaps, la même tension étant générée par la première et la deuxième sources de tension. Trois valeurs de tension ont été testées, correspondant à trois valeurs de capacité pour l'ensemble des varicaps, égales respectivement à 3,2 pF, 1 ,85 pF et 0,7 pF.
Des ondes électromagnétiques ont été émises sur le dispositif, avec un angle d'incidence nul et une polarisation verticale, et les ondes transmises ont été analysées afin de déterminer le coefficient de réflexion Su et le coefficient de transmission S2i en fonction de la fréquence, pour des fréquences comprises entre 0,5 et 2,2 GHz.
Les Figures 3 et 4 illustrent ainsi la variation du coefficient de réflexion Su et du de transmission S2i respectivement en fonction de la fréquence, pour des valeurs des capacités égales à 3,2 pF (courbe A), 1 ,85 pF (courbe B) et 0,7 pF (courbe C).
On constate d'après ces Figures que le fonctionnement du dispositif 1 est bien celui d'une filtre coupe-bande.
La Figure 4 montre en particulier un déplacement de la fréquence de résonance du dispositif, c'est-à-dire de la fréquence centrale de la bande non transmise, vers de plus hautes fréquences lorsque la valeur des capacités diminue.
Dans un deuxième temps, la réponse en fréquence de ce dispositif a été testée en mode passe-bande en appliquant plusieurs couples de valeurs de tension aux bornes des varicaps, des tensions de valeurs distinctes étant générées par la première et la deuxième sources de tension.
Quatre couples valeurs de tension ont été testées, correspondant à quatre couples de valeurs de capacité, respectivement 2,3/3,2 pF, 1 ,5/2,9 pF, 0,7/3,2 pF, et 0,7/1 ,5 pF.
Des ondes électromagnétiques ont été émises sur le dispositif, avec un angle d'incidence nul et une polarisation verticale, et les ondes réfléchies et transmises ont été analysées afin de déterminer le coefficient de réflexion Su et le coefficient de transmission S2i en fonction de la fréquence, pour des fréquences comprises entre 0,5 et 2,2 GHz.
Les Figures 5 et 6 illustrent ainsi la variation du coefficient de réflexion Su et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence, pour ces quatre couples de valeurs de capacités.
Sur ces Figures, la courbe D illustre la variation du coefficient de réflexion Su et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 2,3/3,2 pF.
La courbe E illustre la variation du coefficient de réflexion Su et du coefficient de transmission S21 respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 1 ,5/2,9 p F. La courbe F illustre la variation du coefficient de réflexion Su et du coefficient de transmission S2i respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 0,7/3,2 p F.
Enfin, la courbe G illustre la variation du coefficient de réflexion Su et du coefficient de transmission S2i respectivement en fonction de la fréquence pour le couple de valeurs de capacités 0,7/1 ,5 pF.
On constate, d'après ces Figures, que le fonctionnement du dispositif est bien celui d'un filtre passe-bande, dont la fréquence de fonctionnement, correspondant à la fréquence centrale de la bande de fréquence transmise, varie lorsque les valeurs absolues de capacité Cmin et Cmax du couple varie. En outre, on constate une variation de la largeur de la bande passante lorsque la valeur du rapport Cmin/Cmax du couple varie. Notamment, on constate une variation de la largeur de la bande passante, avec une ouverture à -3 dB, de 0,010 GHz à 0,150 GHz. Le couple 2,3/3,2 pF (Courbe D) permet d'obtenir un mode passe-bande très étroit, de par le rapport Cmin/Cmax proche de 1 . En diminuant les valeurs absolues de Cmin et Cmax à rapport Cmin/Cmax constant, une augmentation de la valeur de la fréquence de travail est obtenue. La bande passante est ajustable par la variation du rapport Cmin/Cmax. En effet, le couple 2,3/3,2 pF de rapport Cmin Cmax = 0,72 présente une bande passante très étroite (0,010 GHz à -3 dB) à la fréquence centrale de 0,96 GHz alors que le couple 0,7/3,2 pF de rapport Cmin Cmax = 0,22 a une bande passante élargie (0,150 GHz à -3 dB) à la fréquence centrale de 1 ,26 GHz.
Le dispositif à surface sélective en fréquence est donc multifonctionnel, en ce qu'il est propre à fonctionner sélectivement en tant que coupe-bande ou en tant que passe- bande, en réponse à une commande, en fonction des applications visées. En outre, ce dispositif est commandable en fréquence, la fréquence de fonctionnement et la largeur de la bande passante pouvant être modifiée, par application d'une commande, en fonction du besoin. En particulier, le dispositif offre des largeurs de bandes passantes qui peuvent atteindre des valeurs plus élevées que celles offertes par les dispositifs traditionnels.
Un tel dispositif est apte à être intégré dans une paroi structurelle composite, sans en dégrader les propriétés mécaniques. On comprendra néanmoins que seul le substrat sur lequel sont imprimés les motifs élémentaires conducteurs et éventuellement les ramifications, et les composants de couplage, sont intégrées à la paroi, l'unité de commande pouvant être déportée à l'extérieur de la paroi.
Notamment, ce dispositif peut être intégré dans une paroi composite de type monolithique ou dans une paroi composite de type sandwich, notamment par insertion entre deux plis de composite, ou au niveau de l'interface entre l'âme et une peau du sandwich, ou encore en insertion au sein de l'âme dans une position parfaitement parallèle aux faces de la structure (par exemple par collage entre deux plaques de matériaux constitutifs de l'âme).
En particulier, en raison de la commandabilité fréquentielle du dispositif selon l'invention, un tel dispositif peut être utilisé de manière avantageuse :
- dans une paroi structurelle d'un porteur naval, terrestre ou aérien,
- dans une paroi de radôme actif, associé à une antenne, et/ou en tant que structure porteuse, par exemple une structure porteuse d'une antenne,
- dans un brouilleur, une carte électronique...
- pour réaliser du filtrage fréquentiel spatial, dans une antenne filtre ou un découpleur.
Notamment, l'intégration de dispositifs selon l'invention dans une paroi structurelle d'un porteur permet d'en modifier la signature radar.
L'utilisation de dispositifs selon l'invention permet d'apporter à des structures les intégrant de nouvelles fonctionnalités, ajoutant une plus-value à des structures initialement passives, tout en offrant un rallongement de la durée de vie de ces structures de par sa modularité.
Selon un mode de réalisation, illustré sur la Figure 6, plusieurs dispositifs selon l'invention peuvent être utilisés au sein d'un même système 30.
Un tel système comprend ainsi plusieurs dispositifs selon l'invention qui partagent le même substrat, et éventuellement la même unité de commande.
Dans l'exemple illustré sur la Figure 6, les réseaux 6 de motifs élémentaires conducteurs 8 des différents dispositifs 2, chacun de forme carrée, sont agencés en lignes et en colonnes, pour former un réseau global régulier de motifs élémentaires.
La réponse en fréquence de chacun des dispositifs 2, notamment son mode de fonctionnement en tant que coupe-bande ou en tant que passe-bande, sa fréquence de fonctionnement et éventuellement sa largeur de bande passante, reste cependant commandable indépendamment des autres dispositifs 2 du système 30. Par exemple, certains dispositifs 2 peuvent être commandés pour fonctionner en tant que passe- bandes, les autres dispositifs 2 étant commandés pour fonctionner en tant que coupe- bandes.
D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Notamment, les élémentaires conducteurs ne sont pas nécessairement circulaires (anneaux et disques pleins) mais peuvent être elliptiques, carrés, rectangulaires, hexagonaux, en croix de Jérusalem, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Dispositif (2) à surface sélective en fréquence, comprenant un substrat (4), un réseau (6) de motifs élémentaires conducteurs (8) imprimés sur au moins une surface dudit substrat (4), et un réseau de composants de couplage (12, 12a, 12b), chaque composant de couplage (12) reliant deux motifs élémentaires conducteurs (8) adjacents, chaque composant de couplage (12, 12a, 12b) ayant une capacité modifiable par application d'une commande,
ledit dispositif (2) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble (14) de commande configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités de groupes (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) sélectivement selon :
un premier mode, dans lequel la capacité de l'ensemble des groupes (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) est fixée à une même valeur, en vue de faire fonctionner ledit dispositif (2) en mode coupe-bande, et
- un deuxième mode, dans lequel la capacité des composants de couplage
(12, 12a, 12b) d'un premier ensemble de groupes (20a) de composants de couplage (12, 12a, 12b) est fixée à une première valeur, et la capacité des composants de couplage (12, 12a, 12b) d'un deuxième ensemble (20b) de groupes de composants de couplage (12, 12a, 12b), complémentaire au premier ensemble, est fixée à une deuxième valeur, distincte de la première valeur, en vue de faire fonctionner ledit dispositif (2) en mode passe-bande,
chaque groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) comprenant un premier composant de couplage (12a) reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire qui lui est adjacent, et un deuxième composant de couplage (12b) reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire qui lui est adjacent.
2. - Dispositif (2) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le réseau (6) de motifs élémentaires est un réseau lignes-colonnes, chaque composant de couplage (12) reliant deux motifs élémentaires conducteurs (8) adjacents selon une ligne ou selon une colonne.
3.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque groupe de composants de couplage (12, 12a, 12b) du premier ensemble, respectivement du deuxième ensemble, est adjacent uniquement à des groupes de composants de couplage (12, 12a, 12b) du deuxième ensemble, respectivement du premier ensemble.
4.- Dispositif (2) selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) est une paire de composants de couplage (12, 12a, 12b), chaque paire de composants de couplage (12, 12a, 12b) étant constituée d'un premier composant de couplage (12a) reliant un premier motif élémentaire à un deuxième motif élémentaire adjacent selon une ligne, et d'un deuxième composant de couplage (12b) reliant le premier motif élémentaire à un troisième motif élémentaire adjacent selon une colonne.
5.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le premier mode, ledit ensemble (14) de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité de tous les groupes (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b), en vue de faire varier une fréquence de résonance du dispositif (2).
6.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans le deuxième mode, ledit ensemble (14) de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage (12, 12a, 12b) du premier ensemble et/ou du deuxième ensemble, en vue de faire varier une fréquence de résonance du dispositif (2).
7.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans le deuxième mode, ledit ensemble (14) de commande est configuré pour faire varier la valeur de la capacité des composants de couplage (12, 12a, 12b) du premier ensemble et/ou du deuxième ensemble, en vue de faire varier une largeur de bande passante du dispositif (2).
8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits composants de couplage (12, 12a, 12b) sont commandables électriquement, et en ce que ledit ensemble (14) de commande est adapté pour appliquer une commande électrique aux composants de couplage (12, 12a, 12b), afin de commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage (12, 12a, 12b).
9.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits composants de couplage (12, 12a, 12b) sont commandables thermiquement, et en ce que ledit ensemble (14) de commande est adapté pour appliquer une commande thermique auxdits composants de couplage (12, 12a, 12b), afin de commander la valeur des capacités des groupes de composants de couplage (12, 12a, 12b).
10. - Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits composants de couplage (12, 12a, 12b) sont des varicaps, notamment des varicaps ferroélectriques.
1 1 . - Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble (14) de commande comprend : - un réseau de modules (24) de commande des composants de couplage (12, 12a, 12b), chaque module (24) de commande étant associé à un groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) parmi lesdits groupes (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) et étant configuré pour commander sélectivement la valeur des capacités du groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé, et
- une unité (26) de commande des modules (24) de commande, configurée pour commander lesdits modules (24) de commande pour que chaque module (24) de commande commande la valeur des capacités du groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé, selon le premier mode ou selon le deuxième mode sélectivement.
12.- Dispositif (2) selon les revendications 8 et 1 1 , caractérisé en ce que ladite unité (26) de commande est configurée pour commander à chaque module (24) de commande l'application d'une tension électrique prédéterminée aux bornes de chaque composants de couplage (12) du groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé au module (24) de commande, et en ce que chaque module (24) de commande est configuré pour appliquer la tension électrique commandée par ladite unité (26) de commande aux bornes de chaque composant de couplage (12) du groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé.
13.- Dispositif (2) selon les revendications 9 et 1 1 , caractérisé en ce que ladite unité (26) de commande est configurée pour commander à chaque module (24) de commande l'application d'une température prédéterminée au groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé audit module (24) de commande, et en ce que chaque module (24) de commande est configuré pour appliquer ladite température commandée par ladite unité (26) de commande au groupe (20a, 20b) de composants de couplage (12, 12a, 12b) associé.
14. - Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque motif élémentaire conducteur (8) est en forme d'anneau.
15. - Système (30) à surface sélective en fréquence, ledit système (30) étant caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositifs (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, les substrats (4) desdits dispositifs (2) étant communs auxdits dispositifs (2), les motifs élémentaires conducteurs (8) de chaque dispositif (2) étant imprimés sur au moins une surface du substrat (4) disjointe de toute surface du substrat (4) sur laquelle sont imprimés les motifs élémentaires conducteurs (8) d'un autre dispositif (2).
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