Co-intégration d'un isolateur et d'une Antenne compact et performant par le développement d'un substrat de FErrite auto-polarisé dédié – CAFE

Le projet CAFE s’inscrit dans le domaine des dispositifs rayonnants multifonctions. Il a pour objectifs de répondre aux exigences croissantes des applications civiles, militaires et spatiales en termes de compacité, de fonctionnement multi-bandes et de rayonnement à polarisation circulaire. En s'appuyant sur les succès du projet ANR ASTRID CONTACT (financé en 2020), qui a démontré la faisabilité, autour de 11GHz, d’antennes à polarisation circulaire sur des substrats de ferrite auto-polarisé innovants développés au Lab-STICC, le projet CAFE vise à franchir de nouveaux défis technologiques.
L'approche novatrice du projet CAFE consiste à intégrer une fonction d'isolation au sein de l'antenne tout en opérant à des fréquences plus basses ce qui sera rendu possible par le développement d'un matériau ferrite auto-polarisé en rupture par rapport à l’état de l’art. L'intégration conjointe de ces éléments, appelée isolantenne, permettra de garantir la sécurité de la chaîne d'émission contre les attaques électromagnétiques tout en préservant les performances de rayonnement multibandes à polarisation circulaire droite sur les trois bandes de fréquences principales utilisées pour les normes GPS/Galiléo. Pour cela, plusieurs verrous technologiques doivent être abordés :
•Le développement de matériaux ferrites auto-polarisés avec un champ d'anisotropie d'environ 1 kOe ce qui représente une avancée significative par rapport à l'état actuel. Cette réalisation ouvre de nouvelles perspectives pour les applications hyperfréquences fonctionnant entre 1 et 2 GHz, tout en permettant de réduire l'encombrement, la masse et la complexité des dispositifs à ferrite en éliminant la nécessité d'aimants permanents.
•Le co-développement d'un élément rayonnant et d'un isolateur, qui implique plusieurs étapes où chacune d’elles constitue une réelle avancée par rapport à l'état de l'art actuel :
oLa démonstration d'un isolateur à déplacement de champ non réciproque fonctionnant avec un ferrite auto-polarisé. Ce processus nécessite de faire fonctionner le dispositif là où la perméabilité effective du matériau est négative et donc de connaitre parfaitement les propriétés des matériaux dans la plage de fréquences ciblée.
oLe développement d'un élément rayonnant miniature à polarisation circulaire droite, opérant sur trois bandes de fréquence et utilisant un matériau ferrite auto-polarisé. Cette approche s'appuie sur la capacité (déjà démontrée par les partenaires) d’une antenne à générer une polarisation circulaire droite, sur une large bande de fréquences, en exploitant ici aussi la perméabilité effective négative du matériau.
oL'intégration de l'isolateur et de l'antenne qui sera facilitée par le fait qu'ils opèrent tous les deux dans une zone où la perméabilité effective du matériau est négative. Cette caractéristique permettra une co-intégration efficace des deux composants qui sera améliorée par le développement d’une méthodologie de co-conception afin d’éviter l’étage d’interconnexion passant par une impédance normalisée de 50?.

Les compétences complémentaires des partenaires seront essentielles pour relever ces défis et ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine des dispositifs multifonctions exploitant les ferrites auto-polarisés.