Brevet FR2683050A1 — publié le 19930430

DISPOSITIF A SURFACE SELECTIVE EN FREQUENCE ACCORDABLE DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif à surface sélective en fréquence comportant au moins un réseau d'éléments conducteurs constituant des motifs élémen- taires. La réduction de la surface équivalente radar d'une cible peut être obtenue de façon classique, en la revêtant de matériaux absorbant les ondes élec- tromagnétiques De nombreuses catégories de revêtements existent et présentent malheureusement toutes des inconvénients Par exemple: les revêtements absorbants minces par rapport à la longueur d'onde doivent présenter des pertes magnétiques Ils sont donc très denses et ne peuvent être accordés que dans des gammes de fréquences limitées: l'octave, ou quelques octaves au plus, selon l'absorption recherchée, les revêtements absorbants épais permet- tent de résoudre ce problème de la bande passante, mais à condition toutefois que le coefficient de réflexion à l'interface vide-matériau soit faible. Ce coefficient fixe les performances d'ensemble de la structure absorbante Ceci ne peut être obtenu qu'avec des matériaux très peu denses, surtout si une très faible réflectivité est recherchée Il s'agit alors de produits fragiles, qui doivent être nécessairement placés à la surface de l'objet à protéger, dans tous les cas, la meilleure efficacité n'est obtenue qu'en revêtant à peu près complètement la cible, ce qui présente de nombreux inconvénients de conception, et enfin, l'efficacité des absorbants est très variable selon la forme de la cible, l'angle d'arrivée des ondes ainsi que leur polarisation. Le prix à payer, exprimé en kilogramme par mètre carré de revêtement, peut paraître élevé en regard de la réduction de réflectivité obtenue, et de la puissance à dissiper. Il est par ailleurs connu que les surfaces sélectives en fréquences, constituées par des motifs conducteurs isolés les uns des autres et se répétant périodiquement sur la même surface, peuvent être uti- lisées pour constituer des structures non réfléchis- santes très efficaces pour une fréquence ou une bande très étroite de fréquence donnée. En effet la longueur d'onde de fonctionnement est très étroitement liée aux dimensions des motifs, et il est par conséquent impossible d'obtenir avec de telles surfaces une réflectivité basse dans de très larges gammes de fréquences. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. L'invention a pour objet un dispositif à surface sélective en fréquence comportant au moins un réseau d'éléments conducteurs constituant des motifs élémentaires principalement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande et des moyens permet- tant d'établir des couplages entre les éléments conduc- teurs, sélectionnés et commandés par les moyens de commande de manière à modifier la dimension apparente des motifs élémentaires rendant ainsi le réseau sélec- tif accordable dans une large gamme de fréquences. Ce dispositif permet d'obtenir une modulation à volonté de la dimension apparente des motifs et ainsi: de réaliser une surface sélective à fré- quence d'accord variable, de réaliser des structures absorbantes à profondeur "électrique" (celle vue par les ondes) variables, de réaliser des antennes d'émission/réception non réfléchissantes entre deux émission réception. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que les moyens de couplage comportent une première série de composants électroniques et une deuxième série de composants électroniques permet- tant d'actionner les composants de la première série et de contrôler leur conduction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion suivante faite à titre illustratif et non limi- tatif et en regard des dessins sur lesquels: la figure 1 représente un schéma de prin- cipe du dispositif selon l'invention, la figure 2 A représente un schéma partiel plus détaillé du réseau de motifs élémentaire du dispo- sitif conforme à l'invention, la figure 2 B représente le schéma d'un détail selon la figure 2 A, la figure 3 représente le schéma du réseau du dispositif selon l'invention correspondant à une configuration donnée, la figure 4 illustre le schéma d'un dispo- sitif conforme à l'invention dans le cas o ce dispo- sitif peut aussi être utilisé en tant qu'antenne radio- fréquence d'émission-réception. On a représenté sur la figure 1 le schéma d'un dispositif conforme à l'invention Ce dispositif est un dispositif à surface sélective en fréquence accordable IL comporte un réseau 1 d'éléments conduc- teurs portant la référence 2 Ces éléments conducteurs 2 consistituent des motifs élémentaires tels que ceux qui sont par exemple représentés sur cette figure sous une forme cruciforme. Avec une telle configuration et en fonction de la taille des motifs élémentaires, le réseau est susceptible d'absorber un rayonnement radiofréquence à une fréquence donnée désirée et de se comporter en miroir c'est-à-dire en surface réfléchissante pour des rayonnements radiofréquence de fréquence autres que cette fréquence donnée. Cependant, conformément à l'invention les motifs élémentaires vont pouvoir être couplés entre eux selon des configurations prédéterminées qui vont rendre la surface, c'est-à-dire le réseau d'éléments conducteurs, accordable dans une large gamme de fré- quences. Ainsi le dispositif à surface sélective en fréquence est rendu accordable c'est-à-dire qu'il pourra être absorbant vis-à-vis d'un rayonnement radiofréquence dans une large gamme de fréquence. Conformément à l'invention ce dispositif permet également comme cela sera décrit ultérieurement de se comporter en antenne d'émission- réception large bande. Sur la figure 1, on a également représenté des moyens de commande 3 et des moyens 4 permettant d'établir des couplages entre les éléments conducteurs des différents motifs élémentaires. Les moyens de commande 3 sont susceptibles de recevoir différentes fréquences dans une large gamme de fréquences et de commander et sélectionner les moyens de couplage 4 de manière à modifier la dimension apparente des motifs élémentaires rendant ainsi le réseau sélectif accordable sur chacune des fréquences d'entrée fl, f 2, fn. Selon un aspect de l'invention les moyens de commande 3 permettent de réaliser un adressage matriciel du réseau pour sélectionner et commander les couplages entre motifs élémentaires Selon un autre aspect de l'invention qui sera détaillé ulté- rieurement, au lieu de réaliser un adressage matri- ciel l'on pourra dans certaines conditions réaliser un adressage parrallèle. Selon un autre aspect de l'invention les moyens de commande comportent une mémoire 31 et un processeur 32 La mémoire contient les différentes configurations possibles à donner au réseau en fonction des fréquences d'entrée qu'est succeptible de recevoir le processeur. Le processeur permet d'aller lire dans la mémoire la configuration à donner à ce réseau suivant la fréquence qu'il reçoit et d'adresser le réseau en conséquence pour commander ou contrôler les couplages à réaliser. La description va maintenant être détaillée simplement à partir du schéma des figures 2 A et 2 B. Le schéma de la figure 2 A illustre une portion du réseau et fait apparaitre plus en détail les moyens de couplage conformes à l'invention. Ces moyens de couplage comportent une pre- mière série de composants électroniques 44 susceptibles d'établir un couplage et une deuxième série de com- posants électroniques 45 permettant d'actionner les composants de la première série. Un composant de couplage 44 est prévu entre les extrémités des motifs (cruciformes) se trouvant suivant le même alignement Selon le mode de réali- sation qui est représenté sur la figure 2, on a donc des composants de couplage 44 suivant des lignes et suivant des colonnes, lignes et colonnes qui vont permettre comme cela va être détaillé de sélectionner ces composants pour les commander de manière à réaliser ou à ne pas réaliser de couplage entre les deux motifs élémentaires auxquels ils sont reliés. La deuxième série de composants 45 permet de sélectionner et de commander ou de contrôler le couplage effectué par les composants 44 Un composant 45 est prévu par composant 44 Ces composants 45 se retrouvent donc sous une forme matricielle et sont reliés à des lignes de conductrices 42 et à des colonnes conductrices 41 Les lignes 42 permettent l'adressage ligne en composants de couplage et les colonnes 41 permettent l'adressage colonne de ces composants. Ces lignes 42 et ces colonnes 41 constituent des fils de commande d'adressage. Le processeur 32 de la figure 1 permet d'envoyer des signaux de commande sur ces fils de commande d'adressage qui vont permettre aux composants de commander les composants 44 de manière à ce que ces composants 44 prennent l'état logique correspondant à l'état logique qui a été enregistré dans la mémoire 31 pour la fréquence d'entrée qu'a reçu le processeur 32. Le schéma de la figure 2 B permet de détailler, de façon fonctionnelle, les connexions réalisées par les composants 44 et par les composants 45. Comme on peut le voir sur cette figure 2 B un composant 44 a deux points de connexion portant les références 1 et 2 et un point de connexion 3. Lorsque le composant reçoit un signal sur son entrée 3, il réalise le couplage symbolisé par l'interrupteur entre les points 1 et 2 qui dans le réseau correspond en fait à un couplage entre deux motifs élémentaires suivant un alignement donné. Le composant 45 comporte deux entrées d'adressage qui sont les entrées 1 et 2, une sortie de tension de commande qui est le point 3 et une entrée qui est la tension d'alimentation VCC Les points d'entrée d'adressage sont reliés aux fils de commande d'adressage 41 et 42 du réseau. Conformément à l'invention les composants utilisés pour établir les couplages et établir les commandes de sélection et de couplage sont du type interrupteur. Le dispositif conforme à l'invention peut être bidimensionnel ou tridimensionnel Dans ce dernier cas les deux réseaux qu'il comporte sont sur deux plans superposés. De façon pratique les schémas tels que repré- sentés par exemple sur la figure 1 et qui a également été représenté de façon partielle sur la figure 2 A montre un seul réseau d'éléments conducteurs consti- tuant des motifs élémentaires métalliques (éventuel- lement doté de propriétés magnétiques de type ferro- magnétique) de forme cruciforme, carrée ou en forme de bâton Leur pas de répétition dans les directions du plan peuvent être égaux ou différents. Ces motifs élémentaires peuvent être associés entre eux de façon locale Pour cela ils seront cou- plés entre eux de manière à former des groupes de motifs élémentaires. Le couplage, lorsqu'il est réalisé entre ces différents motifs élémentaires permet de rendre conducteur l'entrefer entre certaines croix contigues et ce, en respectant une périodicité dans les deux directions du plan Ces couplages ont pour effet de changer la taille et éventuellement la forme des motifs élémentaires et en conséquence de modifier les fré- quences d'accord du filtre électromagnétique ainsi réalisé. Pour obtenir un contrôLe des propriétés de l'entrefer on utilisera un signal de commande appro- prié des composants de couplages 44 en fonction du choix de ces composants pour qu'ils ne fonctionnent pas en tout ou rien Ce contrôle va permettre de passer de façon continue du court-circuit à un circuit ouvert ce qui relativement modifie aussi les propriétés élec- tromagnétiques du filtre sans que nécessairement le pas électromagnétique efficace du réseau se trouve modifié. Selon le type de composants électroniques utilisé dans l'entrefer entre les motifs élémentaires et en particulier comme on va le voir dans la suite dans le cas o l'on utilise des diodes, l'invention permet d'obtenir un découplage possible des propriétés magnétiques et électriques associées aux formes des motifs élémentaires. Les composants pouvant être utilisés pour constituer l'entrefer entre les motifs élémentaires sont des composants de type interrupteur Ces compo- sants peuvent être: soit un composant photosensible déclenché par une diode photoluminescente le composant photo- sensible étant le composant 44 et la diode photolumi- nescente étant alors le composant 45, soit un composant à trois entrées On utilisera par exemple des transistors MOS ou bipolaire en technologie silicium ou MESFET en technologie semi-conducteur III, V, soit un composant à deux entrées à fonc- tion de transfert non linéaire de type diode. Conformément à l'invention les composants de type interrupteurs 44 sont pilotés au niveau de leur commande par des interrupteurs 45 de type MOSFET par exemple, dont une des extrémités est reliée à une source de puissance et dont les commandes (il s'agit des grilles pour des transistors MOSFET) sont pilotées indépendament les une des autres par le mode d'adressage matriciel qui a été précédement décrit et qui est du type de celui que l'on trouve dans les mémoires DRAM comme cela a déjà été décrit La mémoire prévue dans les moyens de commande est chargée par les diverses configurations des motifs que l'on désire implémenter sur le réseau Cette mémoire pourra con- tenir le pas des motifs, les propriétés radioélectri- ques de l'entrefer Le processeur est capable d'aller lire dans la mémoire les informations qui vont lui permettre de fournir des signaux de commandes d'adres- sage pour obtenir cette configuration. Pour réaliser un tel réseau on pourra par exemple déposer les motifs élémentaires les composants et les lignes d'adressage sur ou dans une surface isolante (constituant un substrat) Ce substrat peut être par exemple de l'oxyde de silicium Pour la réali- sation du (ou des réseaux) on utilise les techniques de dépôt et de gravure qui sevent à la réalisation de circuits microélectroniques. Un tel réseau se comporte au plan électro- magnétique et ou infrarouge comme une surface sélective en fréquence. L'implémentation de moyens de couplage dans ledit réseau permet de contrôler les propriétés diélec- triqes équivalentes du matériau situé entre les motifs élémentaires et que l'on a appellé entrefer Ce contrôle peut aboutir aux situations extrêmes qui sont l'isolation électrique complète ou le court circuit. L'imp Lémentation des composants 44 et 45 et des lignes d'adressage 1, 2 qui est réalisée par des techniques de dépôt et de gravure classiques utilisées en microéLectronique peut être réalisée sur des plans distincts de celui sur lequel sont placés les motifs 2 Les composants et les lignes peuvent donc être dans la surface isolante (substrat) ou sur cette surface isolante. Dans le cas d'une réalisation tridimension- nelle les deux réseaux réalisés seront superposés. Le schéma de la figure 3 permet d'illustrer une configuration possible obtenu pour le dispositif conformément à l'invention Sur cette figure on a symbolisé par une continuité des motifs la fermeture des entrefers entre les différents motifs élémentaires. Les entrefers pour lesquels les interrupteurs ont été fermés n'apparaissent donc plus sur ce schéma les interrupteurs assurant le couplage entre les motifs élémentaires n'ont pas non plu été représentés. La figure 4 permet d'illustrer une autre configuration possible dans laquelle le réseau comporte des motifs élémentaires indépendants sur sa périphérie. L'intérieur du réseau constitue un maillage de forme rectangulaire Cette configuration peut servir à réaliser une antenne d'émission-réception radiofréquence Pour cela le réseau va comporter en plus comme on peut le voir sur la coupe AA' schématisée au-dessous du réseau des moyens 6 d'alimentation radiofréquence des éléments rayonnant. On voit donc sur cette coupe AA les éléments rayonnants 2 en surface du substrat diélectrique 10. L'alimentation des éléments rayonnant 2 est réalisée par des lignes conductrices 6 qui traversent le substrat. Le substrat comporte également pour cela, par exemple sur sa face inférieure, une structure conductrice 7 constituant une masse électrique pour le dispositif. Le dispositif tel qu'il est décrit à propos de la figure 4 peut avoir une configuration pour fonc- tionner en antenne uniquement pendant le temps stric- tement nécessaire à la fonction émission-réception se qui ne modifie la réflectivité de la surface que pendant des temps très brefs En dehors de ces périodes d'émission-réception le dispositif reste une surface sélective en fréquence accordable. REVENDICATIONS 1 Dispositif à surface sélective en fré- quence comportant au moins un réseau ( 1) d'éléments conducteurs constituant des motifs élémentaires ( 2), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande ( 3) et des moyens ( 4) permettant d'établir des couplages entre les éléments conducteurs, sélectionnés et commandés par les moyens de commande de manière à modifier la dimension apparente des motifs élémentaires rendant ainsi le réseau sélectif accordable dans une large gamme de fréquences. 2 Dispositif à surface sélective selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage comportent une première série de compo- sants électroniques ( 44) et une deuxième série de composants électroniques ( 45) permettant d'actionner les composants de la première série et de contrôler leur conduction. 3 Dispositif à surface sélective selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un composant ( 45) de la deuxième série est prévu par composant ( 44) de la première série et en ce que chaque composant ( 45) de la deuxième série est relié à au moins un fil de commande d'adressage ( 41,42) aux moyens de commande ( 3). 4 Dispositif à surface sélective selon l'une quelconque des revendicaitons précédentes, carac- térisé en ce que les moyens de commande ( 3) comportent un processeur ( 32) pour envoyer des signaux de commande sur les fils de commande d'adressage, des moyens de mémorisation ( 31) de l'état dans lequel doit se trouver chaque composant ( 44) de la première série pour obtenir une sélectivité aux différentes fréquences désirées. Dispositif à surface sélective selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque compo- sant ( 45) de la deuxi ème série est relié à deux fils ( 41, 42) de commande d'adressage ligne-colonne permettant ainsi d'obtenir un adressage matriciel. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants ( 44, 45) sont du type interrupteur. 7 Dispositif selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce les composants ( 44) de la première série sont composants photosensib Les déclenchés par une di photoluminescente. 8 Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 6, caractérisé en ce que composants ( 44) de la première série sont composants à trois entrées. 9 Dispositif selon l'une quelconque revendications 1 à 7, caractérisé en ce que composants ( 44) de la première série sont des que des ode des les des des les des composants à deux entrées à fonction de non linéaire. transfert Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants ( 45) de la deuxième série sont des transistors du type MOSFET dont une électrode est reliée à une tension d'alimentation (VCC) et dont les électrodes de commande sont reliées aux fils de commande d'adressage ( 41, 42). 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les motifs documentaires ( 2) sont déposés sur une couche d'isolant ( 10). 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants ( 44, 45) électroniques sont déposés sur la couche d'isolant ( 10) portant les motifs élémentaires ( 2). 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les compo- sants électroniques ( 44, 45) sont déposés sur une première couche d'isolant, les éléments conducteurs étant déposés sur une deuxième couche d'isolant, la deuxième couche étant superposée à la première. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le dispo- sitif comporte plusieurs réseaux de motifs élémentaires, chacun étant déposé sur une couche d'isolant, les différentes couches étant superposées, le dispositif constituant ainsi une structure absorbante à profondeur électrique variable. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les composants électroniques assurant les couplages pour un réseau donné sont dépo- sés sur la couche d'isolant portant les éléments con- ducteurs correspondants. 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments conducteurs sont reliés à des moyens ( 6) d'alimentation radiofréquence de manière à pouvoir fonctionner en antenne d'émission-réception.