Antenne miniature et accordable a substrat magnétodiélectrique nanocomposite – MISTRAL

Le projet MISTRAL a pour objectif la réalisation d'antennes miniatures et agile en fréquence exploitant les propriétés magnéto-électrique de nanocomposites innovants pour l'électromagnétisme. Il repose sur un socle de compétences à plusieurs niveaux concernant la synthèse des nanomatériaux, échelle où des propriétés uniques sont accessibles comme la combinaison de l’ultra-perméabilité et du caractère d'isolant électrique (contradictoires par nature), la conception d'antennes avec des matériaux complexes, les technologies de fabrication intégrative et la métrologie liée. Le projet est notamment basé sur une avancée technologique dans la fabrication des nanocomposites fonctionels: frittage de nanopoudres (oxydes) et moulage de polymère chargé de nanoparticules (oxydes).
Les antennes sont conçues avec des logiciels commerciaux complétées avec des modèles électromagnétiques spécifiquement développés pour les nanocomposites. Ces développements visent à constituer un ensemble d'outils de co-conception pour l'antenne et le matériau et sont utilisés pour évaluer les performances des prototypes. La fabrication des antennes repose sur les technologies d'intégration complémentaires compatibles avec les spécifications du produit final (bande spectrale, conditions environnementales, matériaux autoportants épais). Ces technologies confèrent aux antennes un meilleur rapport performances / taille (poids) - miniaturisation - et fonctionnalisation/taille (poids) - agilité-, et donc un gain sur le coût de production. Le projet contribue à l'évaluation de l'utilisation de ces technologies à l'échelle industrielle pour les applications avec marché à croissance rapide, comme pour exemples les antennes aéroportées sub Gigahertz et dans les futurs grands réseaux de capteurs sans fil.
4 démonstrateurs seront réalisés au cours du projet avec deux preuves de concept préliminaires concernant les matériaux nanocomposites optimisée (faible perte) et agiles, suivis par un prototype d'antenne miniature fixe et un d’antenne compacte agile. Le dénominateur commun de ces démonstrateurs est le contrôle de la synthèse du composite de quelques dizaines de nanomètres de dimension, ce qui permet d'exploiter en particulier le phénomène d'anisotropie évanescente dans un matériau magnétique pour l'amélioration de la perméabilité et le couplage fort entre les phases de nature différente (magnétostrictif / piézo-électrique) pour l'agilité.
L'objectif du projet est la fabrication d'antennes utilisant de façon optimale les propriétés électromagnétiques de ces nanomatériaux et en particulier les propriétés magnétiques variables avec de faibles pertes. Les performances expérimentales seront comparées avec celles des simulations numériques avec validation d'intérêt pour le transfert industriel.
Le projet MISTRAL regroupe un consortium de quatre partenaires complémentaires: trois acteurs scientifiques et technologiques et un industriel qui porte la vision du marché applicatif. Cobham Antennas est l'industriel pour le secteur aéronautique et il veille à l'adéquation des méthodes et des processus pour un éventuel transfert industriel. Le besoin de miniaturisation d'antenne pour applications aéronautiques est fort aux fréquences VHF-UHF et par conséquent, des prototypes d'antennes et de matériaux magnéto-électriques seront conçus autour des fréquences sub-Gigahertz. Les autres partenaires sont le Lab-STICC, en charge des développements de nanocomposites, l'IETR et le CEA LETI pour le développement de microantennes et leur caractérisation expérimentale. Le projet, de type recherche industrielle, est l'étape exploratoire nécessaire avant d'envisager l'utilisation pour la production de masse d'antennes avec nanocomposites magnétiques dans les marchés en croissance (l'aérospatiale et les communications sans fil au sens large (IoT)), apportant les premiers éléments de réponse (performances, fiabilité et coûts) qui sont essentiels pour les décideurs des feuilles de route de l'industrie.