Les métasurfaces offrent des propriétés électromagnétiques particulières permettant de générer des indices de réfraction inhabituels, produire des bandes électromagnétiques interdites, ou encore créer des surfaces à haute-impédance. Ces dernières, aussi nommées « Artificial Magnetic Conductor (AMC) » sont particulièrement intéressantes dans le domaine antennaire. En effet elles permettent de réduire les couplages de divers éléments rayonnants, mais aussi de miniaturiser les antennes comportant un plan réflecteur. Cependant, leur bande de fonctionnement inférieure à 10%, les rend souvent incompatibles avec des applications large bande. Pour pallier cette limitation en bande passante, l’intégration de circuits actifs de type « non-Foster » ouvre une voie permettant d’élargir la bande passante des surfaces à haute-impédance.
Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de concevoir un réflecteur haute-impédance large-bande grâce à l’intégration de circuits actifs de type « non-Foster ». La bande passante visée est [0,5GHz ; 1,5GHz] soit 100% de bande passante relative.
Dans cette thèse, une méthodologie de synthèse d’AMC large bande est proposée : un réflecteur AMC sous incidence normale est conçu à partir d’une métasurface connectée à un circuit non-Foster qui est lui-même chargé par une impédance optimisée. Les relations analytiques permettant d’exprimer le coefficient de réflexion de la métasurface en fonction du circuit non-Foster et de sa charge sont explicitées.
Dans un premier temps, une métasurface fonctionnant en polarisation rectiligne permettant le report d’un circuit non Foster est proposée. Cette topologie permet de protéger le circuit électronique des ondes électromagnétiques incidentes.
Ensuite, un circuit Non-Foster de type « Negative Impedance Converter (NIC) » est conçu. La topologie du circuit est choisie dans un souci de simplification technologique. La réalisation de ce circuit a été faite en utilisant des composants standards et l’utilisation de potentiomètres permet un contrôle de l’impédance en entrée du circuit.
Enfin, la charge de ce circuit NIC est déterminée afin de permettre le comportement AMC large bande en prenant en compte le comportement réel du circuit non Foster. De plus, une étude permettant d’étendre le fonctionnement de la métasurface en polarisation circulaire est amorcée. |
Metasurfaces have particular electromagnetic properties such as unusually refractive index, electromagnetic band gap and high impedance surface. Also named Artificial Magnetic Conductor (AMC), they are a focus of interest in the antennas field. Indeed, greater isolation between radiating elements and miniaturization of antenna with reflective plan can be achieved with those structures. Although they suffer from poor bandwidth (less than 10%), which make them inconsistent with wideband applications. To overcome this frequency limitation, implementation of non-Foster active circuits paves the way to extend the bandwidth of high impedance surfaces.
In this respect, the thesis goal is to conceive a wideband high-impedance reflector with the integration of non-Foster circuits. The aimed bandwidth is [0.5 GHz; 1.5 GHz], that is to say 100% of the relative bandwidth.
In this thesis, a synthesis methodology to realize a wideband AMC is proposed: an AMC reflector under normal incidence is conceived from a metasurface connected to a non-Foster circuit. The circuit is loaded with an optimized impedance. Analytic relationships between the reflection coefficient and the load impedance of the non-Foster circuit are given.
Firstly, a metasurface working with linear polarizations and where the connection of the non-Foster circuit is offset. This topology protects the circuit against the perturbations due to the incident electromagnetic waves.
Then, a non-Foster circuit of type Negative Impedance Converter (NIC) is designed. A particular topology of circuit is selected in order to simplify the realization. It has been conceived using only components “off-the-shelf” and potentiometers which control the input impedance.
Finally, the circuits load is calculated to obtain the attended wideband AMC behavior according with the real performance of the non-Foster circuit. Moreover, a study to extend metasurface functioning to circular polarization is under way.
|