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Ingénierie des Dispositifs Hyperfréquences

Activités de l'équipe IDH

Les travaux menés au sein de l’équipe IDH sont relativement larges puisqu’ils englobent la synthèse et la conception de fonctions hyperfréquences élémentaires jusqu’à l’analyse et la mise en œuvre de systèmes complets et complexes. Une décomposition peut être faite à ce niveau, conduisant à une recherche par thématiques-clés listées ci dessous, avec un volet « technologique » omniprésent :

Thématique « Filtrage »

Thématique « Antenne, antenne-réseau et fonctions associées »

Thématique « Architectures et systèmes communicants - Intégration »

Thématiques « Interaction Ondes-Milieux environnants »

Thématique « Filtrage » :

Les systèmes communicants connaissent aujourd'hui une intégration de plus en plus poussée, notamment en faisant appel à des solutions monolithiques pour l'intégration de très nombreux dispositifs (en particulier, pour les diverses fonctions analogiques actives). Les dispositifs et systèmes hyperfréquences actuels doivent répondre à un certain nombre de critères et contraintes particulières, en rapport avec les applications visées. Outre les préoccupations liées à la mobilité des équipements (miniaturisation – minimisation des pertes - …), il s’agit d’anticiper sur les problèmes posés par les nouvelles architectures hyperfréquences, en particulier au niveau des équipements d’accès en terme de concepts fonctionnels innovants (terminaux ou stations de base multinormes, développement de front-ends reconfigurables, co-intégration,…).

La difficulté majeure réside dans l’optimisation des modules élémentaires constituant ces équipements, tant au niveau des couches rayonnantes qu’au niveau des couches de traitement analogique passives. Concilier des contraintes de taille, de performances voire de coût conduit ainsi à la mise en oeuvre de méthodes de synthèse nouvelles, tout particulièrement dans le domaine du filtrage. L’objectif de cette thématique est par conséquent de contribuer à l’étude et la conception de filtres analogiques permettant d’apportant des réponses originales aux multiples préoccupations posées par les nouveaux usages et les nouvelles applications. Outre le développement de méthodes de conception, IDH contribue au développement et à l’évaluation de technologies émergentes susceptibles de résoudre ou contourner certaines limitations. L’activité se décompose selon deux axes majeurs et dans lesquels différentes parties distinctes apparaissent :

Axe 1 : Synthèse & Intégration

1. Insertion de fonctions passe-bas et passe-haut dans un filtre DBR : suppression des remontées parasites


2. Filtres DBR à couplages croisés


3. Développement de filtres planaires pour des récepteurs satellites en bande Ku


4. Développement de filtres planaires pour des récepteurs satellites en bande C


5. Synthèse matricielle de topologies de filtres à base de stubs


6. Filtrage en technologie multicouche


7. Conception de filtres en technologie 2.5 D en bande millimétrique


8. Filtres N-bande


9. Contribution à la conception de filtres planaires accordables en bande passante et fréquence centrale


10. Développement de résonateurs Substrate Integrated Waveguide (SIW) circulaires et rectangulaires

Axe 2 : Agilité & Reconfigurabilité

1. Etude et conception de systèmes de communication adaptatifs à base de MEMS aux longueurs d’ondes millimétriques
2. Conception de résonateurs rectangulaires accordables SIW (Substrate Integrated Waveguide)
3. Etude et réalisation de dispositifs micro-ondes agiles à commande magnétique utilisant des matériaux composites ferromagnétiques
4. Etude des propriétés diélectriques des films minces ferroélectriques
5. Réalisation de dispositifs hyperfréquences agiles à partir de couches minces ferroélectriques
6. Propriétés des cristaux liquides et préparation de l'état de surface de la cavité pour l’obtention de l’anisotropie diélectrique
7. Réalisation de déphaseurs accordables à base de Cristal Liquide
8. Réalisation d’antennes patch reconfigurables sur substrat mousse à base de cristal liquide
9. Réalisation de filtres hyperfréquences agiles à base de matériaux de type cristal liquide

Thématique « Antenne, antenne-réseau et fonctions associées »

Les « antennes », de manière générale, restent encore aujourd’hui une préoccupation scientifique majeure, et constituent l’une des thématiques de recherche fondamentale de l’équipe IDH.
L’antenne demeure en effet un point d’accès incontournable pour les équipements s’appuyant sur le segment radio pour échanger des données, et elle doit continuellement être adaptée et évoluer pour répondre aux exigences de plus en plus multiples qui lui sont spécifiées. Elle reste tout d’abord une interface entre signaux guidés et rayonnés, et doit inexorablement remplir sa mission d’adaptation entre ces grandeurs et les milieux propagatifs correspondants.

• Une première prérogative de l’équipe consiste ainsi à répondre à ce besoin récurrent, et à apporter des contributions originales, prenant en compte les contraintes aussi diverses que la miniaturisation, l’efficacité de rayonnement, la maîtrise des conditions de rayonnement/couverture, la faculté de fonctionner suivant des bandes de fréquences très larges, etc….. Cet axe de recherche s’adresse de manière prioritaire aux équipements de communications et d’échanges de données dans les bandes de fréquences mobiles, typiquement 125 KHz (applications RFID) – 6GHz (applications WLAN) – voire 10GHz (applications UWB).
  
• Les préoccupations ne sont pas véritablement similaires dès lors que l’on considère des gammes de longueurs d’ondes millimétriques. L’accent est alors porté sur l’efficacité de rayonnement et le coût, ce qui conduit à investiguer de nouvelles topologies d’antennes tirant pleinement profit des technologies accessibles. L’intégration sur puce devient en particulier un axe émergeant fort, en liaison avec les progrès de la microélectronique Silicium.
  
• Enfin, la recherche de nouvelles fonctionnalités, ou de nouveaux débouchés constitue un axe original, s’adressant

Trois axes ou actions de recherche sont déclinés de ces problématiques scientifiques suivies au sein de cette thématique :

Axe 1 : Antennes pour applications mobiles – Intégration et miniaturisation

Axe 2 : Antennes millimétriques

Axe 3 : Antennes – Reconfigurabilité et nouvelles fonctionnalités

Thématique « Architectures et systèmes communicants - Intégration »

Les travaux de recherche menés dans les thématiques 1 et 2 de l’équipe IDH s’avèrent de véritables outils de recherche pour alimenter les réflexions scientifiques des chercheurs sur la définition et la mise en œuvre de nouveaux concepts d’intégration, non plus uniquement au niveau des fonctions élémentaires, mais également au niveau des systèmes de communication et d’échanges de données. Si notre recherche doit en premier lieu permettre d’apporter des réponses à des problématiques scientifiques très pointues, accéder à de nouvelles fonctionnalités, offrir de nouveaux services, voici les questions et sollicitations multiples pour lesquelles l’équipe est aujourd’hui couramment sollicitée et se doit de contribuer. Cela nous conduit à imaginer de nouvelles architectures radio afin de concilier harmonieusement des contraintes tant électriques (en terme de performances, de flexibilité) que physiques (dimensions notamment) qu’environnementales ou économiques (le coût en particulier). La perception des limites propres aux fonctions clés élémentaires de ces systèmes est un atout indéniable, mais nous apportons également une approche plus large aujourd’hui des problèmes abordés. Cette analyse fut initialisée en particulier dans le cadre de travaux de thèse sur la conception de systèmes multi-fonctions tels que les filtres-antennes par exemple. Elle se perpétue à un niveau bien supérieur aujourd’hui, et l’équipe IDH se positionne réellement comme un interlocuteur privilégié au niveau de l’Intégration de systèmes communicants, et de l’analyse des Architectures associés.

Trois axes majeurs sont identifiés à ce jour, et traités dans les axes de recherche présentée ci dessous :

Axe 1 : La Radio flexible et les éléments d’accès

Axe 2 : Les Systèmes d’accès haut-débit et la mobilité

Axe 3 : Capteurs embarqués et nouveaux environnements

Thématiques « Interaction Ondes-Milieux environnants & Capteurs associés »

Les interactions entre ondes électromagnétiques et milieux environnants complexes correspondent à des préoccupations scientifiques historiques des opérateurs et équipementiers dans le domaine de la téléphonie mobile afin d’offrir aux utilisateur de ces réseaux des conditions d’accès optimales, en s’assurant de la conformité des équipements développés vis à vis des normes en vigueur. Pour répondre en particulier aux questions de santé publique, les compétences croisées du thème IMDH permettent d’apporter des réponses originales, en proposant une analyse globale des problèmes rencontrées. Nos travaux portent en particulier sur :

• La caractérisation des milieux reconstituant en particulier les tissus biologiques
  
• La mise en œuvre de techniques et moyens de vérification de la conformité des équipements
  
• La confrontation entre simulations et mesures des champs ainsi induits afin de valider les procédures de test et de validation des équipements. Nous nous appuyons dans ce cas sur des outils d’analyse, en partenariat avec le thème MDS.

Ces expertises intéressent aujourd’hui des domaines connexes à celui des télécoms, et de nouveaux partenariats ont été instaurés, en particulier dans le secteur pétrolier pour lequel la mise en œuvre de techniques de relevé et d’estimation des caractéristiques des milieux souterrains devient un paramètre primordial pour l’exploitation optimale de puits de forage et la recherche de nouvelles ressources énergétiques.