Développement de matériaux magnéTOdielectriques agiles en fréquence pour l’aCCordabilité d’AnTennes VHF par un chAmp magnétique de faible intensité – TOCCATA

La généralisation des systèmes de communication entre objets conduit à la recherche et aux développements d'antennes miniatures et agiles en fréquence. De nombreuses applications antennaires dans les domaines d’application civils et militaires demandent la miniaturisation du dispositif, mais également une accordabilité en fréquence par champ magnétique de faible intensité, notamment en bande V/UHF. L’obtention de ces propriétés antennaires peut être atteinte par la réalisation de matériaux spécifiques combinée à des topologies antennaire dédiées. Le projet TOCCATA fait suite à une étude préalable, exploratoire, qui a été menée au cours de l’ANR MISTRAL, avant d'envisager l'utilisation pour la production industrielle d'antennes avec nanomatériaux magnétiques dans les marchés en croissance (aérospatiale et communications sans fil, militaires ou civiles). L’objectif principal de TOCCATA est de proposer des matériaux qui présentent une dynamique de perméabilité, en particulier en bande V/UHF, commandable par des champs magnétiques statiques produits par des courants d’intensité limité (<8 A), répondant à cette problématique. L’approche qui a été suivie au cours de MISTRAL est en rupture au regard de la littérature: elle consiste notamment à exploiter les propriétés magnétiques extrinsèques (ie : liées à la géométrie) des échantillons, de façon à contourner les difficultés inhérentes à l’apparition des effets démagnétisants. Notre choix s’est orienté vers des ferrites de structure spinelle Ni-Zn-Co-(Cu). Ces matériaux répondent à la fois aux exigences de disponibilité des procédés, aux applications visées et au positionnement scientifique des partenaires impliqués dans le présent projet. Deux familles de matériaux (céramique et composite) et trois espèces d’échantillons (obtenus sous forme céramique à partir d’une voie chimique, ou d’une voie mécanique, ou bien par une voie composite) seront réalisés, grâce à des processus technologiques différents entre eux. Cette stratégie favorisera au mieux le développement de ces matériaux. TOCCATA envisage l’optimisation des propriétés dynamiques des échantillons. Dans cette perspective l’analyse microstructurale des matériaux jouera un rôle déterminant. Leur intégration dans des dispositifs antennaires feront l’objet de simulations numériques, devant aboutir à la réalisation de démonstrateurs. Les applications adressées concernent des marchés en croissance des communications sans fil pour l’aéronautique civile et militaire -où les antennes VHF sont présentes sur de nombreux porteurs tels que le Rafale, les avions cargo (Airbus A440M), drone MALE, et tous les avions commerciaux- les communications militaires (radio tactique) ou civiles tel que l’Internet des Objets (IoT). Les bandes de fréquences visées se trouvent en VHF où l’utilisation de substrats magnéto-diélectriques permettrait tout d’abord de réduire l’encombrement des antennes. La possibilité d’accordabilité permettrait ensuite d’élargir la gamme de fréquence de fonctionnement (agilité large bande) ou de régler finement la bande de fréquence de l’antenne (agilité fine). Parmi les équipements militaires terrestres potentiellement concernés nous identifions tout d’abord les antennes fouets bi-bandes qui équipent véhicules et manpacks. Dans le domaine des communications tactiques, les solutions actuelles dans les boites d’accord ou les filtres restent encombrantes et coûteuses. Des dispositifs accordables intégrés fonctionnant dans ces bandes de fréquences permettraient de réduire l’encombrement et les coûts. Il a été démontré que les ferrites qui font l’objet de cette étude présentent des performances exceptionnelles dans cette gamme de fréquence. Ainsi THALES SIX a sélectionné ces ferrites pour équiper les amplificateurs de puissance de leur nouvelle génération de postes radio. Il serait donc particulièrement intéressant de développer des dispositifs magnétiques accordables fonctionnant à partir de ces matériaux.