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WO 2016/087749
PCT/FR2015/053220
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DISPOSITIF DE SURFACE A HAUTE IMPÉDANCE COMPACT,
MULTIBANDES ET ÉVENTUELLEMENT RECONFIGURABLE, ET
PROCÉDÉ ASSOCIÉ
Domaine technique
L'invention concerne les dispositifs de surface à haute impédance
électromagnétique (ou HIS pour High Impedance Surface ).
io Etat de l'art
Dans certains domaines, comme par exemple celui des récepteurs de
signaux de positionnement satellite, on utilise des dispositifs de surface à
haute
impédance électromagnétique. Ces derniers peuvent, par exemple, servir à
réduire les couplages électromagnétiques inter-éléments dans des réseaux
adaptatifs multistandard.
Il est rappelé qu'un dispositif de surface à haute impédance
électromagnétique comprend généralement un plan de masse, au moins une
cavité diélectrique (généralement sous la forme d'un substrat), et une carte à
circuits imprimés (ou PCB (de l'anglais Printed Circuit Board )),
monocouche ou multicouches, et comportant une multitude d'éléments
conducteurs définissant des motifs agencés périodiquement et dont la taille et
la périodicité sont petites devant la longueur d'onde utilisée.
Lorsque l'on souhaite que le dispositif de surface à haute impédance
électromagnétique présente au moins deux fréquences de résonance, on peut,
par exemple, l'agencer comme décrit dans le document brevet US 6,670,932.
Plus précisément, ce dispositif de surface à haute impédance
électromagnétique est de type champignon, c'est-à-dire qu'il comprend un plan
de masse conducteur définissant une cavité non compartimentée mais
comportant une matrice de piliers identiques conducteurs, remplie d'un
3 0 matériau diélectrique et recouverte par une carte à circuits imprimés
portant
des motifs métalliques, afin de constituer des résonateurs électromagnétiques
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présentant des longueurs d'onde de résonance différentes. La taille et la
périodicité des éléments (ou patchs ) définissant les motifs est inférieure
aux
longueurs d'onde de résonance des résonateurs électromagnétiques.
Chaque motif est destiné à accrocher à l'entrée de la cavité une onde
électromagnétique incidente qui se propage dans le plan de masse, puis à
générer, sous le motif, une boucle de courant électrique à une fréquence de
résonance déterminée de manière à réfléchir toute onde électromagnétique
incidente ayant une fréquence dans une bande étroite centrée autour de cette
fréquence de résonance.
o Le dispositif
décrit offre un entrelacement d'une première matrice
de résonateurs électromagnétiques, identiques et ayant une première
fréquence de résonance, avec une seconde matrice de résonateurs
électromagnétiques, identiques et ayant une seconde fréquence de résonance.
Cet entrelacement est obtenu par les motifs qui sont portés par la carte à
circuits imprimés de type fractal ou multicouches, chaque motif étant centré
soit
sur un pilier soit entre quatre piliers voisins.
L'inconvénient principal de ce type de dispositif réside dans le fait que
les première et seconde fréquences de résonance ne peuvent pas être
ajustées indépendamment l'une de l'autre et que les bandes de réflexion, dont
ces fréquences de résonance sont les fréquences centrales, sont assez
étroites. En outre, ce type de dispositif s'avère relativement encombrant.
Résumé de l'invention
L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation, et plus
précisément de permettre l'obtention dans un espace réduit de fréquences (ou
longueurs d'onde) de résonance pouvant être ajustées facilement les unes par
rapport aux autres et définissant les fréquences (ou longueurs d'onde)
centrales de bandes de réflexion spectralennent plus larges que dans l'état de
la technique.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif de surface à haute
impédance comprenant un ensemble d'au moins deux compartiments séparés,
sensiblement cylindriques, ayant des surfaces intérieures dans un matériau
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conducteur électrique, et présentant chacun, à une extrémité, une unique
ouverture, ces ouvertures des compartiments étant orientées d'un même côté
et couvertes par au moins une structure périodique de motifs conducteurs
électriques, chaque compartiment étant rempli d'un matériau diélectrique,
chaque compartiment ainsi couvert formant au moins un résonateur
électromagnétique, et chaque résonateur électromagnétique présentant une
longueur d'onde de résonance.
Dans ce dispositif :
- les compartiments sont séparés l'un de l'autre d'une distance qui est
o inférieure à
la plus faible longueur d'onde de résonance présentée par les
résonateurs qu'ils forment,
- au moins deux longueurs d'onde de résonance respectives des résonateurs
électromagnétiques, formés par ses compartiments couverts, sont
différentes, et
- la structure périodique présente une période spatiale inférieure à la moitié
de
la plus faible longueur d'onde de résonance.
Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques
qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans un premier mode de réalisation, il peut comprendre une cavité au
sein
de laquelle est agencé chaque compartiment, au moins une cloison verticale
étant agencée dans cette cavité, cette cloison verticale étant conductrice
électriquement et en contact avec une paroi de fond de la cavité et
délimitant des compartiments, et une unique structure périodique de motifs
conducteurs électriques couvrant toutes les ouvertures des compartiments ;
chaque cloison verticale peut être mobile selon une direction qui est
sensiblement parallèle à un plan défini par la paroi de fond de la cavité ;
> chaque compartiment peut être muni d'une paroi de fond auxiliaire
conductrice électriquement, distincte de la paroi de fond de la cavité et
montée mobile verticalement dans la cavité ;
3 0 > il peut
également comprendre des moyens de réglage agencés pour
régler la hauteur de chaque cloison verticale ;
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> une des extrémités de chaque cloison verticale, qui s'étend en regard de
l'un des motifs conducteurs électriques, peut présenter une section
évasée ;
- dans un second mode de réalisation, il peut comprendre au moins deux
cavités disjointes, chaque cavité formant l'un des compartiments ;
> il peut comprendre au moins deux cloisons horizontales, chaque cloison
horizontale étant conductrice électriquement et montée mobile
verticalement à l'intérieur de l'une des cavités, et formant une paroi de
fond de l'un des compartiments ;
- chaque compartiment peut être couvert par un seul motif conducteur
électrique ;
- chaque structure périodique de motifs conducteurs électriques peut être
solidarisée à des moyens de support ;
> il peut comprendre des premiers moyens de réglage agencés pour régler
la permittivité diélectrique des moyens de support ;
- il peut comprendre des seconds moyens de réglage agencés pour régler la
perméabilité magnétique du matériau diélectrique.
L'invention propose également un récepteur de signaux de
positionnement satellite, comprenant un plan de masse électrique, au moins
deux éléments rayonnants disposés sur ce plan de masse, et au moins un
dispositif de surface à haute impédance du type de celui présenté ci-avant,
agencé sur le plan de masse entre les éléments rayonnants.
L'invention propose également un procédé, destiné à permettre la
modification de l'impédance sur plusieurs bandes de fréquences d'un dispositif
de surface à haute impédance, et comprenant au moins une étape de
modification de propriétés électromagnétiques d'au moins un compartiment
d'un dispositif de surface à haute impédance du type de celui présenté ci-
avant.
L'invention propose également un procédé, destiné à permettre la
.. fabrication d'un dispositif de surface à haute impédance qui comprend
plusieurs compartiments séparés, sensiblement cylindriques, ainsi qu'une
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structure périodique de motifs conducteurs électriques.
Ce procédé comprend les étapes suivantes :
- on place dans une cavité plusieurs cloisons sensiblement planes, la
cavité présentant
au moins une paroi latérale et une paroi de fond conductrices électriquement,
chaque
5 cloison étant conductrice électriquement et étant en contact avec la
paroi de fond ;
chaque cloison définissant un plan sensiblement perpendiculaire à un plan
défini par la
paroi de fond, les cloisons délimitant les compartiments, les compartiments
présentant
chacun, à une extrémité, une unique ouverture, ces ouvertures des
compartiments
étant orientées d'un même côté,
- on ajuste la hauteur de la cavité afin d'obtenir une première longueur
d'onde de
résonance souhaitée, associée à un premier compartiment, le premier
compartiment
étant délimité par la paroi latérale de la cavité et une première cloison,
- on ajuste, à l'intérieur de la cavité, la position de chaque cloison
distincte de la première
cloison par rapport à cette dernière et/ou on ajuste la hauteur de chaque
cloison
distincte de la première cloison, afin d'obtenir des longueurs d'onde de
résonance
souhaitées, associées aux compartiments distincts du premier compartiment, au
moins
l'une de ces longueurs d'onde de résonance souhaitées étant distincte de la
première
longueur d'onde de résonance, chaque compartiment étant agencé de sorte que la
distance qui le sépare d'un compartiment immédiatement voisin soit inférieure
à la plus
faible longueur d'onde de résonance parmi l'ensemble des longueurs d'onde de
résonance souhaitées,
- on remplit chaque compartiment d'un matériau diélectrique, et
- on place la structure périodique sur la cavité afin de couvrir
l'ouverture de chaque
compartiment, chaque compartiment ainsi couvert formant un résonateur
électromagnétique présentant une longueur d'onde de résonance ; la période
spatiale
de la structure périodique étant inférieure à la moitié de la plus faible
longueur d'onde
de résonance.
Date Reçue/Date Received 2022-02-21
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5a
L'invention propose également un dispositif de surface à haute impédance
comprenant un ensemble d'au moins deux compartiments séparés, sensiblement
cylindriques, ayant des surfaces intérieures dans un matériau conducteur
électrique, et
présentant chacun, à une extrémité, une unique ouverture, lesdites ouvertures
des
compartiments étant orientées d'un même côté et couvertes par au moins une
structure
périodique de motifs conducteurs électriques, chaque compartiment étant rempli
d'un
matériau diélectrique, chaque compartiment ainsi couvert formant au moins un
résonateur électromagnétique, et chaque résonateur électromagnétique
présentant une
longueur d'onde de résonance, selon lequel:
.. - lesdits au moins deux compartiments étant séparés l'un de l'autre d'une
distance
inférieure à la plus faible longueur d'onde de résonance présentée par lesdits
résonateurs qu'ils forment,
- au moins deux longueurs d'onde de résonance respectives desdits
résonateurs
électromagnétiques formés par lesdits au moins deux compartiments couverts
étant
différentes, et
- ladite structure périodique présentant une période spatiale inférieure à
la moitié de
ladite plus faible longueur d'onde de résonance.
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Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à
l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur
lesquels les figures 1 à 6 illustrent de façon schématique et fonctionnelle,
dans
des vues en coupe, six exemples de récepteur de signaux de positionnement
satellite équipé d'exemples de réalisation différents d'un dispositif de
surface à
haute impédance selon l'invention.
Description détaillée d'un exemple de réalisation
L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif de surface
à haute impédance 1 compact, nnultibandes et éventuellement reconfigurable,
et des procédés associés.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le
dispositif de surface à haute impédance 1 fait partie d'un récepteur de
signaux
de positionnement satellite 15, éventuellement de type GNSS (de l'anglais
Global Navigation Satellite System ). Mais l'invention n'est pas limitée à
cette application. Un dispositif de surface à haute impédance 1, selon
l'invention, peut en effet équiper de nombreux appareils, systèmes ou
installations, des domaines civil ou militaire, et notamment des véhicules
terrestres, maritimes, fluviaux ou aériens, des stations émettrices et/ou
réceptrices, et des bâtiments (éventuellement de type industriel).
On a schématiquement représenté sur les figures 1 à 6, un exemple
de réalisation non limitatif d'un récepteur 15 de signaux de positionnement
satellite, équipé de six exemples de réalisation différents d'un dispositif de
surface à haute impédance 1 selon l'invention.
Comme illustré, ce récepteur 15 comprend un plan de masse
électrique 16, au moins deux éléments rayonnants 17k disposés sur ce plan de
masse 16, et au moins un dispositif de surface à haute impédance 1 selon
l'invention, agencé sur le plan de masse 16 entre les éléments rayonnants 17k.
Par exemple, les éléments rayonnants 17k définissent un réseau
adaptatif propre à recevoir des signaux de navigation, par exemple des signaux
GNSS, dans un environnement brouillé en modifiant le diagramme de
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rayonnement du récepteur afin de générer des nuls (ou zéros) de rayonnement
dans les directions des interférences de brouillage. L'adaptation du diagramme
de rayonnement en fonction des brouilleurs est réalisée grâce à un post-
traitement des signaux de navigation reçus sur chacun des éléments
rayonnants 17k du réseau.
On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 1 à 6,
le récepteur 15 comprend deux éléments rayonnants 17k (k = 1 ou 2). Mais le
récepteur 15 peut comprendre n'importe quel nombre d'éléments rayonnants
17k, dès lors que ce nombre est supérieur ou égal à deux. En effet, le
dispositif
o de surface à haute impédance 1 peut notamment permettre de réduire les
couplages électromagnétiques entre éléments rayonnants 17k et d'optimiser la
robustesse du récepteur 15 vis-à-vis des interférences électromagnétiques.
Il est rappelé que dans un réseau adaptatif les couplages
électromagnétiques inter-éléments rayonnants détériorent significativement les
performances, et en particulier la capacité des algorithmes de traitement du
signal à localiser précisément la position angulaire des interférences et par
conséquent à générer des nuls de rayonnement dans leurs directions. Dans un
tel contexte, un dispositif à surface à haute impédance 1 peut être chargé de
stopper les courants qui se propagent entre les éléments rayonnants 17k du
réseau adaptatif afin de réduire les couplages électromagnétiques inter-
éléments rayonnants et d'optimiser la robustesse du récepteur GNSS vis-à-vis
des interférences électromagnétiques.
Comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 6, un dispositif de
surface à haute impédance 1, selon l'invention, comprend au moins un
ensemble d'au moins deux compartiments 2; et au moins une structure
périodique de motifs conducteurs électriques 4.
Les compartiments 2j de l'ensemble sont séparés et sensiblement
cylindriques, ont des surfaces intérieures réalisées dans un matériau
conducteur électrique, et présentent chacun, à une extrémité, une unique
ouverture 3. De plus, chaque compartiment 2j est rempli d'un matériau
diélectrique, par exemple de l'air. Par exemple, les compartiments 2j sont
sensiblement cylindriques de section rectangulaire ou carrée.
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Les ouvertures 3 des compartiments 2j sont toutes orientées d'un
même côté et couvertes par au moins une structure périodique de motifs
conducteurs électriques 4. On comprendra que chaque ouverture 3 peut être
associée à sa propre structure périodique de motifs conducteurs électriques 4,
comme illustré non limitativement sur les figures 5 et 6, ou bien les
ouvertures
3 peuvent être associées à une même structure périodique de motifs
conducteurs électriques 4, comme illustré non limitativement sur les figures 1
à
4.
On notera que chaque compartiment 2i peut être couvert par un seul
motif conducteur électrique 4.
On notera également que, les motifs conducteurs électriques 4 de
chaque structure périodique peuvent être solidarisés à des moyens de support,
comme par exemple une carte à circuits imprimés (ou PCB (de l'anglais
Printed Circuit Board )) 18, de type nnonocouche ou multicouches. Par
exemple, les motifs conducteurs électriques 4 peuvent être imprimés sur cette
carte à circuits imprimés 18. Les motifs conducteurs électriques 4 sont
agencés
périodiquement et leurs taille et périodicité sont petites devant la longueur
d'onde utilisée.
En variante non représentée, chaque motif 4 peut être une grille
métallique assurant sa propre fonction de support.
On notera également que des éléments actifs, tels que par exemple
des varactors, peuvent être éventuellement et préalablement intégrés sur/dans
la carte à circuits imprimés 18 pour ajuster l'effet capacitif des motifs 4.
On notera également que le dispositif 1 peut éventuellement
comprendre des premiers moyens de réglage agencés pour régler la
permittivité diélectrique des moyens de support. Les premiers moyens de
réglage peuvent être réalisés sous la forme de matériaux dont les propriétés
peuvent être commandées électroniquement, tels que par exemple des
cristaux liquides, des plasmas ou encore des matériaux ferroélectriques, et de
moyens de commande électronique de tels matériaux. En variante, les
premiers moyens de réglage peuvent être réalisés sous la forme d'un
métamatériau de permittivité ajustable. La permittivité diélectrique agit sur
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l'inductance du compartiment 2. Plus la permittivité est grande et plus la
hauteur du compartiment 2j peut être faible.
Chaque compartiment 2j forme avec la structure périodique de motifs
conducteurs électriques 4 qui couvre son ouverture 3 au moins un résonateur
électromagnétique présentant une fréquence de résonance.
On notera en outre que plus un compartiment 2j est large, plus la taille
de la boucle de courant qui est à l'intérieur est grande, et donc plus
l'inductance est grande.
Les compartiments 2j sont séparés l'un de l'autre d'une distance qui
o est inférieure à la plus faible longueur d'onde de résonance présentée
par les
résonateurs électromagnétiques qu'ils forment. Par ailleurs, au moins deux
longueurs d'onde de résonance respectives des résonateurs
électromagnétiques formés par les compartiments 2j couverts sont différentes.
De plus, la structure périodique de motifs conducteurs électriques 4 présente
une période spatiale qui est inférieure à la moitié de la plus faible longueur
d'onde de résonance.
Le dispositif 1 produit un effet haute impédance à plusieurs fréquences
(ou longueurs d'onde) de résonance. Le nombre de fréquences (ou longueurs
d'onde) de résonance exploitables est égal au nombre de compartiments.
L'effet haute impédance est produit sur une surface fictive qui se situe au-
dessus de la carte à circuits imprimés 18, très proche et parallèle à la carte
à
circuits imprimés 18 et pouvant couvrir une surface plus ou moins grande en
fonction de la fréquence (ou longueur d'onde) de résonance considérée.
Le dispositif 1 peut être réalisé selon des exemples de réalisation qui
peuvent être regroupés au sein d'au moins deux familles. Une première famille
regroupe les exemples illustrés sur les figures 1 à 4. Une seconde famille
regroupe les exemples illustrés sur les figures 5 et 6.
Pour tous les exemples de la première famille, le dispositif 1 comprend
une unique cavité 5 au sein de laquelle est agencé (ou défini) chaque
3 0 compartiment 2. Pour ce faire, la cavité 5 comprend au moins une
cloison
verticale 6 qui est conductrice électriquement et en contact avec une paroi de
fond 7 et qui délimite deux compartiments 2. Chaque cloison verticale 6 est de
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préférence sensiblement plane, et définit un plan sensiblement perpendiculaire
à un plan défini par la paroi de fond 7 de la cavité 5. Ce caractère
conducteur
électrique peut provenir du matériau dans lequel est réalisée la cloison
verticale
6 ou du fait que la cloison verticale 6 est revêtue sur ses surfaces d'une
couche
5 d'un matériau conducteur électrique. Par ailleurs, une unique structure
périodique de motifs conducteurs électriques 4 couvre toutes les ouvertures 3
des différents compartiments 2.
La cavité 5 est délimitée par au moins une paroi latérale 10 et la paroi
de fond 7. Ces dernières parois 7, 10 sont conductrices électriquement. Ce
o caractère conducteur électrique peut provenir du matériau dans lequel
elles
sont réalisées ou du fait qu'elles sont revêtues d'une couche d'un matériau
conducteur électrique sur leurs surfaces intérieures.
On notera que la cavité 5 peut soit être rapportée et solidarisée au plan
de masse 16, par exemple par soudage ou collage, soit faire partie intégrante
du plan de masse 16, par exemple par emboutissage et découpe.
Dans les exemples non limitatifs illustrés sur les figures 1, 2 et 4, la
cavité 5 comprend quatre compartiments 21 à 24 (j = 1 à 4), séparés les uns
des autres par trois cloisons verticales 6.
Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 3, la cavité 5 comprend
trois compartiments 21 à 23 (j = 1 à 3), séparés les uns des autres par deux
cloisons verticales 6.
On notera que la cavité 5 peut comprendre n'importe quel nombre de
compartiments 2, dès lors que ce nombre est supérieur ou égal à deux.
Cette cavité 5 à résonateurs électromagnétiques multiples produit des
effets capacitifs et inductifs ei qui sont à l'origine de la haute impédance
de
surface. Il existe notamment un effet capacitif entre le plan de masse 16 et
chaque motif 4 qui la chevauche, un effet capacitif entre motifs 4 qui se
chevauchent, et un effet inductif ei dans chaque compartiment 2, plus
précisément dans la profondeur hj de chaque compartiment 2,, formant ainsi
une boucle de courant.
La présence de cloison(s) verticale(s) 6 conductrices induit également
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des effets capacitifs et inductifs additionnels. En particulier, des effets
capacitifs
additionnels sont présents entre les extrémités supérieures 11 des
cloisons
verticales 6 et les motifs 4 qui les chevauchent. Ces effets capacitifs
additionnels sont d'autant plus importants que les distances qui les séparent
sont petites. Des effets inductifs additionnels sont produits par les
multiples
boucles de courant qui sont présentes dans les différents compartiments 2.
Dans cette première famille, pour la première fréquence de résonance
fi associée au premier compartiment 21, l'effet haute impédance est localisé
dans la zone qui s'étend sur la totalité de la cavité 5, tandis que pour les
autres
o fréquences de
résonance f2, f3,...,fn, associées respectivement aux autres
compartiments 22, 23,..., 2, l'effet haute impédance est localisé soit sur la
totalité de la cavité 5, soit dans une zone plus restreinte comme au-dessus
d'un compartiment 2j (j = 2 à n), selon les positions horizontales respectives
des cloisons verticales 6.
La valeur des fréquences de résonance dépend des effets capacitifs et
inductifs obtenus dans le dispositif 5. Par conséquent, le choix des
fréquences
de résonance peut notamment se faire en ajustant les distances lm (ici m = 1 à
3 ou 1 à 2) respectives qui séparent les cloisons verticales 6 de la paroi
latérale
10 et/ou les hauteurs hm respectives des cloisons verticales 6 autrement dit
les
distances verticales entre les extrémités supérieures 11 des cloisons
verticales
6 et les motifs 4 qui les chevauchent. Les distances verticales entre les
extrémités supérieures 11 des cloisons verticales 6 et les motifs 4 peuvent
être
nulles, les cloisons verticales 6 étant dans ce cas en contact avec la carte à
circuits imprimés 18.
On notera que le réglage des fréquences de résonance peut
s'effectuer en ajustant à la fois les distances lm et les hauteurs hm. Cette
solution est notamment avantageuse lorsque l'on souhaite obtenir plus de deux
fréquences de résonance car elle permet d'augmenter les degrés de liberté
pour optimiser le dispositif 1.
Le choix des fréquences de résonance par ajustement des distances
lm respectives séparant les cloisons verticales 6 de la paroi latérale 10 est
illustré sur les figures 1, 2 et 4. Le choix des fréquences de résonance par
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ajustement des hauteurs hm respectives des cloisons verticales 6 est illustré
sur la figure 2.
Le choix des fréquences de résonance peut faire l'objet soit d'une
conception initiale ou d'un réglage préalable, par exemple via des moyens de
réglages appropriés pour des fonctions données, soit d'un réglage en temps
réel au moyen de moyens de réglages appropriés.
Pour permettre un réglage des distances lm et donc des positions
horizontales des cloisons verticales 6, chaque cloison verticale 6 peut être
mobile selon une direction qui est sensiblement parallèle à un plan défini par
la
lo paroi de fond 7 de la cavité 5. Dans ce cas, le dispositif 1 peut
comprendre des
moyens de réglage agencés pour régler la position horizontale de chaque
cloison verticale 6 dans la cavité 5.
Pour permettre un réglage des hauteurs hm, chaque cloison verticale 6
peut être mobile selon une direction (ici verticale) qui est sensiblement
perpendiculaire au plan défini par la paroi de fond 7 de la cavité 5. Dans ce
cas, le dispositif 1 peut comprendre des moyens de réglage agencés pour
régler la hauteur de chaque cloison verticale 6 dans la cavité 5.
En variante, et comme illustré sur la figure 3, chaque compartiment 2j
peut être muni d'une paroi de fond auxiliaire 8, distincte de la paroi de fond
7
de la cavité 5, conductrice électriquement, et montée mobile verticalement
dans la cavité 5. On comprendra qu'en faisant varier la position (ici
verticale)
hm d'une paroi de fond auxiliaire 8 d'un compartiment 2, cela revient à faire
varier la hauteur dans la cavité 5 de la cloison verticale 6 correspondante.
Dans
ce cas, le dispositif 1 peut comprendre des moyens de réglage agencés pour
régler la position (ici verticale) de chaque paroi de fond auxiliaire 8 au
sein de
son compartiment 2.
On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 4, que
l'extrémité 11 de chaque cloison verticale 6 qui s'étend en regard de l'un des
motifs conducteurs électriques 4 peut éventuellement présenter une section
évasée. Cela permet en effet d'augmenter l'effet capacitif entre la cloison
verticale 6 et les motifs 4 de la carte à circuits imprimés 18.
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A titre d'exemple, pour régler les fréquences de résonance sur les
bandes souhaitées, on peut mettre en oeuvre le procédé suivant. Tout d'abord,
on peut concevoir un premier résonateur électromagnétique mono-bande sur
une fréquence fi. Ensuite, on peut déterminer le nombre de cloisons verticales
6 pour fixer le nombre de fréquences de résonance f1 à fn. Puis, on peut
insérer les cloisons verticales 6 dans la cavité 5. On peut ensuite ajuster la
hauteur de la cavité 5 pour obtenir la première fréquence de résonance à la
fréquence fi. Enfin, on peut ajuster les distances lm et/ou les hauteurs hm
pour
régler les fréquences f2 à fn des autres fréquences de résonance.
o En d'autres
termes, on propose un procédé, destiné à permettre la
modification de l'impédance sur plusieurs bandes de fréquences d'un dispositif
1, et comprenant au moins une étape de modification de propriétés
électromagnétiques d'au moins un compartiment 2j de ce dispositif 1.
Dans une variante, un procédé peut être destiné à permettre la
fabrication d'un dispositif de surface à haute impédance 1 qui comprend
plusieurs compartiments séparés 2, sensiblement cylindriques, ainsi qu'une
structure périodique de motifs conducteurs électriques 4.
Cette variante de procédé comprend les étapes suivantes :
- on place dans une cavité 5 plusieurs cloisons 6 sensiblement planes, la
cavité 5 présentant au moins une paroi latérale 10 et une paroi de fond 7
conductrices électriquement, chaque cloison 6 étant conductrice
électriquement et étant en contact avec la paroi de fond 7; chaque cloison
6 définissant un plan sensiblement perpendiculaire à un plan défini par la
paroi de fond 7, les cloisons 6 délimitant les compartiments 2,, les
compartiments 2, présentant chacun, à une extrémité, une unique ouverture
3, ces ouvertures 3 des compartiments 2, étant orientées d'un même côté,
- on ajuste la hauteur hc de la cavité 5 afin d'obtenir une première
longueur
d'onde de résonance souhaitée, associée à un premier compartiment 21, le
premier compartiment 21 étant délimité par la paroi latérale 10 de la cavité 5
et une première cloison 6,
- on ajuste, à l'intérieur de la cavité 5, la position de chaque cloison 6
distincte
de la première cloison par rapport à cette dernière et/ou on ajuste la hauteur
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de chaque cloison 6 distincte de la première cloison, afin d'obtenir des
longueurs d'onde de résonance souhaitées, associées aux compartiments 2;
distincts du premier compartiment 21, au moins l'une de ces longueurs
d'onde de résonance souhaitées étant distincte de la première longueur
d'onde de résonance, chaque compartiment 2i étant agencé de sorte que la
distance qui le sépare d'un compartiment 2i immédiatement voisin soit
inférieure à la plus faible longueur d'onde de résonance parmi l'ensemble
des longueurs d'onde de résonance souhaitées,
- on remplit chaque compartiment 2i d'un matériau diélectrique, et
lo - on place la
structure périodique sur la cavité 5 afin de couvrir l'ouverture 3
de chaque compartiment 2, chaque compartiment ainsi couvert formant un
résonateur électromagnétique présentant une longueur d'onde de
résonance ; la période spatiale de la structure périodique étant inférieure à
la
moitié de la plus faible longueur d'onde de résonance.
On notera que, de manière surprenante, la variation de la largeur du
premier compartiment 21, et donc la variation de la distance 11, ne fait
quasiment pas varier la première fréquence de résonance fi mais fait varier la
deuxième fréquence de résonance f2.
Une analyse modale permet de comprendre l'effet inattendu résultant
de l'invention. En effet, la fréquence de résonance f1 reste stable en
fonction
de la distance 11 car le mode généré dans le dispositif 1 est issu d'une
résonance où le champ magnétique se déplace verticalement dans la cavité 5
de façon équiphase. Ce mode de résonance est celui qui est observé lorsque
la première cloison verticale 6 n'est pas présente dans la cavité 5 (cas où 11
=
0). De par la nature de ce mode de résonance, la variation de la distance 11
n'affecte en rien la fréquence de résonance fi. A l'inverse, le champ
magnétique dans le dispositif 1 à la fréquence de résonance f2 a une
cartographie différente. La cloison verticale 6 interagit en effet avec le
champ
électromagnétique, et donc le champ s'annule sur une ligne verticale au
3 0 voisinage de
la cloison verticale 6 et produit un mode d'ordre supérieur à celui
observé à la fréquence de résonance fi. La distance 11 conditionne donc ce
mode de résonance et affecte la valeur de la fréquence de résonance f2.
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Pour tous les exemples de la seconde famille, le dispositif 1 comprend
au moins deux cavités 5j disjointes formant (ou définissant) chacune l'un des
compartiments 2. Le nombre de fréquences (ou longueurs d'onde) de
résonance est donc ici défini par le nombre de cavités 5.
5 Dans les
exemples illustrés non limitativement sur les figures 5 et 6,
chaque cavité 5, est associée à sa propre structure périodique de motifs
conducteurs électriques 4 qui est définie sur sa propre carte à circuits
imprimés
18. Mais dans une variante de réalisation non illustrée, chaque cavité 5j est
associée à sa propre structure périodique de motifs conducteurs électriques 4,
o mais les
différentes structures périodiques sont définies sur une même carte à
circuits imprimés 18.
Les cavités 5, et donc les résonateurs électromagnétiques, partagent
un même plan de masse 16 et, comme indiqué plus haut, sont espacé(e)s les
un(e)s des autres d'une distance qui est inférieure à la plus faible longueur
15 d'onde de résonance.
Cette famille d'exemples de réalisation a la particularité de produire
des effets à haute impédance successifs pour des fréquences de résonance
distinctes. Chaque résonateur électromagnétique est caractérisé par sa propre
fréquence de résonance. L'effet haute impédance est produit sur une surface
fictive se situant au-dessus de la ou chaque carte à circuits imprimés 18 et
très
proche de, et parallèle à, la ou chaque carte à circuits imprimés 18.
Pour chaque résonateur électromagnétique, la fréquence de
résonance dépend principalement de la hauteur hm (ici m = j) de la cavité 5j
associée, du matériau diélectrique remplissant cette cavité 5, et des
caractéristiques de transmission et de réflexion de la carte à circuits
imprimés
18. En effet, dans une représentation de type circuit LC , la hauteur hm
d'une cavité 5j et le type de matériau diélectrique dans la cavité 5,
impactent
directement la valeur d'inductance, alors que la carte à circuits imprimés 18
a
tendance à impacter la valeur de la capacité.
Le caractère nnulti-résonant obtenu également avec cette famille
d'exemples de réalisation s'avère inattendu, dans la mesure où il était
logique
de penser que les fréquences supérieures à la fréquence de résonance de la
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première cavité 51 ne pouvaient pas traverser cette dernière cavité 51 et
atteindre les cavités voisines 5j (avec j 4 1).
On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 6, que le
dispositif 1 peut comprendre au moins deux cloisons horizontales 9j
conductrices électriquement, montées chacune mobile verticalement à
l'intérieur de l'une des cavités 5, et formant chacune une paroi de fond de
l'un
des compartiments 2. Le caractère conducteur électrique peut provenir du
matériau dans lequel est réalisée chaque cloison horizontale 9j ou du fait que
chaque cloison horizontale 9j est revêtue, sur ses surfaces, d'une couche d'un
lo matériau conducteur électrique.
Cette option requiert que le dispositif 1 comprenne des moyens de
réglage agencés pour régler la position (ici verticale) de chaque cloison
horizontale 9j au sein de sa cavité 5, et donc de son compartiment 2.
On notera également que le dispositif 1 peut éventuellement
comprendre des seconds moyens de réglage agencés pour régler la
perméabilité magnétique du matériau remplissant chaque compartiment 2. Les
seconds moyens de réglage peuvent être réalisés sous la forme d'un matériau
magnétique de perméabilité magnétique ajustable, tel que par exemple un
matériau ferromagnétique ou un métamatériau. A titre d'exemple non limitatif,
les seconds moyens de réglage peuvent être réalisés sous la forme d'une
ferrite dont la perméabilité magnétique change sous l'influence d'un champ
magnétique. La bande de réflexion augmente en effet avec l'augmentation de
la perméabilité magnétique du matériau. Une perméabilité magnétique
ajustable permet d'ajuster l'inductance.
Grâce à l'invention, on dispose d'un dispositif de surface à haute
impédance compact car comprenant un nombre de cavités réduit. On dispose
en outre d'un dispositif de surface à haute impédance nnultibandes,
éventuellement reconfigurable, et adapté à des bandes de réflexion
spectralement plus larges que dans l'état de la technique.
