Reconfigurations multiples d’antennes et circuits micro-ondes à base de contrôles électriques et optiques indépendants – MACIEO

Le projet MACIEO a pour objectif de proposer de nouvelles solutions pour augmenter les capacités de reconfiguration d’antennes et circuits micro-ondes pour les futurs systèmes de communication civils ou militaires : xG, IoT, constellations de satellites, etc. Pour cela, 2 solutions innovantes seront combinées pour permettre de multiplier les capacités et performances de reconfiguration d’un composant tout en minimisant la complexité de conception associée, ouvrant ainsi un nouveau paradigme en terme de reconfiguration de circuits et antennes micro-ondes.
La première solution se base sur le contrôle électrique de jonctions semi-conductrices directement intégrées dans un substrat par dopage localisé. Ceci élimine certaines contraintes de fabrication associées aux solutions traditionnelles (report de composants, interconnexion, vias métallisés, etc.) et offre une grande flexibilité en termes de tailles ou de formes des jonctions permettant le contrôle simultané de plusieurs jonctions à partir d’un seul signal électrique de commande. En outre, une co-conception des éléments actifs et passifs est ainsi possible lors du design de circuits et antennes reconfigurables. La seconde solution se base sur le contrôle optique de l’état de phase (amorphe/cristalline) de matériaux à changement de phase (PCM). Il s’agira dans le cadre du projet MACIEO de couches minces de chalcogénures qui offrent une forte variation de leur conductivité électrique (5 à 7 ordres de grandeur). Ces matériaux n'ont en outre pas besoin d’une alimentation permanente, seul le changement de phase nécessitant une impulsion laser de quelques dizaines de nanosecondes. La première solution permettant le contrôle de nombreuses jonctions avec un seul signal électrique et la seconde utilisant un signal optique à partir de lasers, leur combinaison en une structure hybride multiplie les fonctionnalités offertes par un composant en minimisant le nombre de circuits de polarisation et d’isolation ou de composants reportés.
L’apport du projet MACIEO se fera à plusieurs niveaux. Un travail important d’étude et d’optimisation des couches minces de chalcogénures et de leur commande optique laser sera effectué en vue des applications de reconfiguration hyperfréquence visées ici. L’hybridation des deux solutions sera mise en œuvre à travers le développement d’un procédé de fabrication complet assurant le bon fonctionnement simultané des deux techniques de reconfiguration. Plusieurs preuves de concept seront également développées avec une complexité croissante pour mettre en lumière les avantages et intérêts d’une telle association hybride de techniques de reconfiguration indépendantes. Tout d’abord, des filtres en technologie planaire puis en technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide) offrant une reconfiguration simultanée et indépendante en fréquence centrale et en bande passante seront conçues, fabriquées et mesurées. Un projet plus ambitieux de surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) utilisant l’hybridation de ces deux techniques de reconfiguration permettra de reconfigurer la polarisation et d’effectuer un balayage du faisceau simultanément. L’ensemble des prototypes sera développé aux fréquences millimétriques, autour de 30 GHz, compte-tenu des nombreuses applications potentielles qui s’y développent.
Ce projet multidisciplinaire se déroulera sur 48 mois et réunira 4 partenaires académiques de domaines variés et complémentaires : l’ISCR (étude et optimisation des couches minces de chalcogénures), l’institut FOTON (micro- et nanofabrication, contrôle optique laser), l’IETR (design de circuits et antennes reconfigurables), et le Lab-STICC (co-design de circuits passifs et de jonctions semiconductrices).