Nouveau concept de « circulateur-antenne » multi-Bandes Intégré à polariSation circulaire à base de maTéRiAUx ferrites – BISTRAU

Les systèmes de communication pour les applications civiles comme militaires deviennent de plus en plus complexes. Ils tendent à agglomérer de multiples standards, ce qui entre souvent en contradiction avec les exigences de miniaturisation des terminaux. Deux éléments essentiels des Front End RF sont les antennes et les circulateurs placés en amont de celles-ci. Ceux-ci sont généralement conçus séparément et adaptés sur une impédance normalisée, le plus souvent égale à 50 Ohms. L’augmentation de la compacité et la diminution des pertes passera par le regroupement de ces deux éléments via une conception conjointe Antenne/circulateur ceci afin d’éviter les étages d’interconnexion. Par ailleurs le regroupement des standards de communication sur le même Front-End semble aussi pertinent et passe par la mise au point d’antennes multi-bandes mais aussi de circulateurs multi-bandes. Enfin l’émission et/ou la réception en polarisation circulaire est/sont de plus en plus souvent demandées, particulièrement pour des applications spatiales. Les matériaux ferrites polarisés sont au cœur de la conception des circulateurs passifs. De plus, ils permettent de générer naturellement des ondes polarisées circulairement ce qui en fait également de bons candidats pour les antennes à polarisation circulaire.
Le projet présenté dans ce document a donc pour objectif de développer une nouvelle méthodologie de conception conjointe d’un « circulantenne » (association circulateur-antenne) multi-bandes compact rayonnant de la polarisation circulaire grâce aux propriétés originales des ferrites. Cette co-intégration passera par l’utilisation d’un substrat commun de ferrite constitué d’une ou deux couches (empilement des fonctions). Dans tous les cas une topologie nouvelle de circulateur microstrip sera développée en raison de son plus faible encombrement. Nous profiterons ici de la propriété qu’ont les ferrites aimantés de générer naturellement des ondes polarisées circulairement droite et gauche. Une application dans la bande SatCom (20-30 GHz) sera visée.
Ainsi, pour résumer plusieurs verrous seront adressés dans ce projet :
• La mise au point et la réalisation du premier circulateur bi-bandes en technologie microstrip avec un rapport f2/f1=1.5.
• La conception et la réalisation de la première antenne ferrite bi-bandes à polarisation circulaire avec un rapport f2/f1=1.5. La maitrise de l’écart fréquentiel est un vrai challenge.
• Le développement d’une méthode de co-conception « circulantenne » bi-bandes sans passer par une impédance « restrictive » de 50 Ohms avec là encore un rapport de fréquence de 1,5.
La technologie microstrip sera également privilégiée. Une phase expérimentale sera effectuée.
Par ailleurs une comparaison des performances de la conception conjointe et d’une conception séparée sera effectuée.