CRISTAUX PHONONIQUES POUR FILTRES RADIO COMMUNICATION ACCORDABLES – CRONOS

Résumé
Les filtres de fréquence passifs à ondes acoustiques de surface occupent une place cruciale dans les systèmes de télécommunication radiofréquence, permettant de traiter les signaux avec des composants de haute compacité minimisant les pertes de transmission et permettant d'optimiser la consommation d'énergie de l'étage RF des systèmes qu'ils équipent. Toutefois, ces dispositifs ne permettent pas un ajustement commandé en tension de leur fréquence de travail ni de leur bande passante. Quelle que soit l'application visée, la possibilité d'accorder ces filtres de manière efficace et déterministe constitue un enjeu significatif pour l'amélioration des modules de traitement du signal RF embarqués.

Dans cette perspective, le projet CRONOS propose d'explorer le concept de la bande interdite de charge dans les dispositifs de filtrage à ondes acoustiques de surface pour des applications en radio communication. Le contrôle total de la bande de fréquence et l'accordabilité seront effectués électriquement via des circuits électroniques passifs ou actifs.

Ce projet de recherche est motivé par les résultats prometteurs (S. Degraeve "Cristaux phononiques accordables". Thèse de doctorat, Université des Sciences et Technologies de Lille-2013) obtenus sur des cristaux phononiques piézoélectriques dont la bande interdite peut être contrôlée par une simple impédance électrique variable, et qui ont été exploités pour réaliser des résonateurs acoustiques accordables. Dans ce cas la largeur de la bande interdite et la plage d'accord des résonateurs dépendent directement du coefficient de couplage piézoélectrique, qui traduit le facteur de conversion d'énergie mécanique/électrique.

L'objectif du projet CRONOS est d'étudier la montée en fréquence de ces concepts dans le cadre des ondes acoustiques de surface pour des structures RF en bande VHF et début de bande UHF (10 MHz à 1 GHz), pour leur application en radio communication militaire. Deux matériaux piézoélectriques différents sont sélectionnés (LiNbO3 et KNbO3) de par leur propriétés relatives aux coefficients de couplage, à leurs pertes viscoélastiques, à leur non toxicité et/ou leur facilité de fabrication. Le taux d'accordabilité visé est de 10 % pour le LiNbO3 et de 30 % pour le KNbO3.

Le projet CRONOS est décomposé de la façon suivante :
•développement de concepts de cristaux phononiques accordables pour les ondes acoustiques de surface,
•conception et réalisation de structures périodiques génériques dont les propriétés de propagation et les caractéristiques de résonance et de filtrage sont définies par des connexions électriques ou des agencements spécifiques,
•réalisation et caractérisation de démonstrateurs permettant de valider les concepts et d'évaluer leur pertinence pour le filtrage RF.