Mtamatriaux gauchers Application aux circuits microondes Shah Nawaz

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Shah Nawaz Burokur 1, Mohamed Latrach 1, Serge Toutain 2 1 École Supérieure d’Électronique de l’Ouest (ESEO) – Angers 2 IREENA, École Polytechnique de l’Université de Nantes – Nantes 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 1

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes PLAN I - Généralités II - Homogénéisation du milieu gaucher III - Amplification d’ondes évanescentes en utilisant des SRRs IV - Influence du matériau gaucher sur une antenne patch V - Conclusion 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 2

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes I- Généralités ♦ métamatériaux connus comme : üMG : Matériaux Gauchers ( Matériaux main Gauche) üMIN : Matériaux (Métamatériaux) à indice négatif üLHM : Left-Handed Media ( Materials) üDNG : Double Negative Media üNIM : Negative Index Media üBWM : Backward Wave Media ♦ propriété remarquable de l’indice de réfraction négatif : permittivité électrique et perméabilité magnétique simultanément négatives 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 3

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Milieu droitier Milieu gaucher § Trièdre indirect – main gauche § vg et v se propagent dans des directions opposées 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 4

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes = + SRR Tiges métalliques (Perméabilité négative) (Permittivité négative) Milieu gaucher (Indice négatif) - théorie des images : • ports : plan xôz • PEC : plan yôz • PMC : plan xôy 11/29/2020 Milieu 2 -D empilé selon l’axe z Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 5

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes II- Homogénéisation du milieu gaucher Ø Définition de la structure périodique (SRRs + tiges) comme un seul milieu caractérisé par eff et eff Ø simulations – code HFSS Ø Extraction matrice S Ø Milieu passif : Re(Zeff) et Im(neff) positives 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 6

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes [1] P. Markos, C. M. Soukoulis « Optics Express » , vol. 11, no 7, Apr 2003 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 7

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes III- Amplification d’ondes évanescentes en utilisant des SRRs - S 21 -25 d. B - Fortes ondulations ( 20 d. B) 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 8

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes v Utilisation d’une transition linéaire afin d’augmenter la transmission - Pertes d’insertion fortement diminuées - Ondulations minimes en pratique 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 9

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes IV- Influence du matériau gaucher sur une antenne patch Ø première étude - patch circulaire : substrat sans pertes, r = 2, 5; r = 3, 54 mm pour f = 10 GHz S 11 (d. B) 11/29/2020 Plan E ( = 90 o) Plan H ( = 0 o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 10

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes - adaptation de – 11, 3 d. B à 10, 3 GHz - ouverture à – 3 d. B de l’ordre de 100 o - gain de l’antenne est de l’ordre de 6, 3 d. B - rayonnement arrière maximal de – 3 d. B, à =120 o et =0°, dû au plan de masse fini Ø Augmentation du gain : 1) Mise en réseaux 2) Utilisation du matériau gaucher 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 11

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Plan E ( = 90 o) 11/29/2020 Plan H ( = 0 o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 12

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes - matériau gaucher ( r = -2, 5) : demi-sphère de rayon 27 mm (dopt=7. 5 mm) - ouverture à – 3 d. B de l’ordre de 30 o - rayonnement arrière moindre - gain de l’antenne est de l’ordre de 11 d. B (amélioration de 4, 7 d. B) réseau de 3 antennes - pas de problèmes d’alimentation et de couplage inter-éléments 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 13

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Ø deuxième étude (se basant sur l’homogénéisation) - moins de pertes à 12, 4 GHz - patch circulaire : substrat mousse ( r = 1, 45, tan = 0. 0058); r = 5, 28 mm pour f = 12, 4 GHz S 11 (d. B) 11/29/2020 Plan E ( = 90 o) Plan H ( = 0 o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 14

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes - adaptation de – 23, 5 d. B à 12, 4 GHz - ouverture à – 3 d. B de l’ordre de 90 o - gain de l’antenne est de l’ordre de 7 d. B - rayonnement arrière maximal de – 8 d. B, à =100 o et =0° 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 15

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes S 11 (d. B) Plan E ( = 90 o) 11/29/2020 Plan H ( = 0 o) Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 16

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes ØDistribution du champ E - présence de focalisation à l’intérieur du matériau gaucher - ouverture à – 3 d. B de l’ordre de 45 o - gain de l’antenne est de l’ordre de 9, 8 d. B (amélioration de 2, 8 d. B) 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 17

Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes V- Conclusion Ø Homogénéisation démontrant l’indice négatif Ø Amplification des ondes évanescentes dans un guide d’onde et amélioration de la transmission par une transition linéaire Ø Étude sur l’antenne patch démontre que le matériau gaucher peut augmenter le gain 11/29/2020 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz. burokur@eseo. fr) 18