Titre de l'invention : DISPOSITIF A METASURFACE RECONFIGURABLE

[0001 ] [Le domaine de l’invention est celui des dispositifs à métasurfaces, tels que les antennes à métasurfaces. L’invention s’applique aux dispositifs

hyperfréquences.

[0002] De tels dispositifs peuvent être utilisés dans différentes applications telles que les applications radar dans l’avionique et l’aérospatiale, la communication haut débit, les technologies spatiales.

[0003] Une métasurface est formée d’un réseau bidimensionnel de pastilles

conductrices séparées par des ouvertures.

[0004] Un objectif de la présente invention est de permettre de reconfigurer le

dispositif à métasurface de façon simple et à bas coût.

[0005] Le domaine de l’invention est celui des dispositifs à métasurfaces, tels que les antennes à métasurfaces. L’invention s’applique aux dispositifs hyperfréquences.

[0006] De tels dispositifs peuvent être utilisés dans différentes applications telles que les applications radar dans l’avionique et l’aérospatiale, la communication haut débit, les technologies spatiales.

[0007] Une métasurface est formée d’un réseau bidimensionnel de pastilles

conductrices séparées par des ouvertures.

[0008] Un objectif de la présente invention est de permettre de reconfigurer le

dispositif à métasurface de façon simple et à bas coût.

[0009] A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif à métasurface comprenant un empilement de couches comprenant une métasurface comprenant un réseau bidimensionnel de pastilles conductrices séparées par des ouvertures, les pastilles conductrices présentant des dimensions inférieures à la longueur d’onde de fonctionnement du dispositif à métasurface, le dispositif à métasurface comprenant un ensemble d’interrupteurs à base d’un matériau susceptible de passer de l’état isolant à l’état conducteur, et inversement, sous l’effet d’une variation d’un champ électrique au sein du matériau de sorte à permettre de connecter ou isoler sélectivement entre elles des pastilles conductrices, les interrupteurs étant interposés entre un premier ensemble d’électrodes et un deuxième ensemble d’électrodes permettant de commander le passage des interrupteurs de l’ensemble d’interrupteurs de l’état conducteur à l’état isolant, et inversement.

[0010] Avantageusement, les pastilles conductrices présentent des dimensions inférieures ou égales à l/50, où l est la longueur d’onde de fonctionnement du dispositif.

[0011 ] Avantageusement, les interrupteurs de l’ensemble d’interrupteurs sont alignés selon un ensemble de lignes et selon un ensemble de colonnes, chaque électrode du premier ensemble d’électrodes passant en regard des interrupteurs de l’ensemble d’interrupteurs alignés selon une des lignes de l’ensemble de lignes, chaque électrode du deuxième ensemble d’électrodes passant en regard des interrupteurs de l’ensemble d’interrupteurs alignés selon une des colonnes de l’ensemble de colonnes.

[0012] Avantageusement, les lignes sont sensiblement droites, les colonnes sont sensiblement des lignes droites et les électrodes présentent sensiblement des formes de lignes droites.

[0013] Avantageusement, le matériau est un matériau à changement de phase de sorte que le matériau passe de l’état isolant à l’état conducteur par un

changement de phase du matériau.

[0014] Avantageusement, le matériau est apte à passer de l’état isolant à l’état

conducteur sans changement de phase.

[0015] Avantageusement, chaque interrupteur est un bloc du matériau susceptible de passer de l’état isolant à l’état conducteur, et inversement, sous l’effet d’une variation d’un champ électrique au sein du matériau, l’interrupteur étant en contact physique direct avec une électrode du premier ensemble d’électrodes et avec une électrode du deuxième ensemble d’électrodes.

[0016] Dans un premier mode de réalisation, chaque interrupteur de l’ensemble

d’interrupteurs relie physiquement deux pastilles conductrices adjacentes de sorte à les relier électriquement entre elles lorsque l’interrupteur est dans l’état conducteur et de sorte à les déconnecter électriquement l’une de l’autre lorsque l’interrupteur est dans l’état isolant.

[0017] Avantageusement, l’interrupteur est interposé entre une électrode du premier ensemble et une électrode du deuxième ensemble, l’électrode du premier ensemble étant disposée dans une ouverture séparant les deux pastilles conductrices adjacentes et étant située à distance des pastilles conductrices, l’électrode du deuxième ensemble passant en regard de l’ouverture, sans passer en regard des pastilles conductrices.

[0018] Avantageusement, l’interrupteur relie les deux pastilles conductrices

adjacentes par des sommets des deux pastilles adjacentes.

[0019] Dans un deuxième mode de réalisation, chaque interrupteur de l’ensemble d’interrupteurs est disposé en regard d’une unique pastille conductrice et est relié à une masse flottante de sorte à connecter la pastille conductrice à la masse flottante lorsque l’interrupteur est dans l’état conducteur et de sorte à déconnecter la pastille conductrice de la masse flottante lorsque l’interrupteur est dans l’état isolant.

[0020] Avantageusement, lequel l’interrupteur est en regard d’une électrode du

premier ensemble, l’électrode du premier ensemble étant disposée en regard de la pastille conductrice et d’une électrode du deuxième ensemble, l’électrode du deuxième ensemble étant disposée en regard de la pastille conductrice.

[0021 ] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

[0022] La [Fig.1 ] représenté schématiquement une métasurface d’un dispositif selon l’invention,

[0023] La [Fig.2] représente schématiquement en vue éclatée perspective un

dispositif à métasurface selon un premier mode de réalisation de l’invention dans une configuration plane,

[0024] La [Fig.3] représente schématiquement une coupe du dispositif de la [Fig.2] selon le plan M, [0025] La [Fig.4] représente schématiquement une projection orthogonale, sur un plan perpendiculaire à l’axe z, des pastilles conductrices, des ouvertures, des interrupteurs et des électrodes du premier ensemble du dispositif de la [Fig.2],

[0026] La [Fig.5] représente schématiquement une projection orthogonale, sur un plan perpendiculaire à l’axe z, des pastilles conductrices, des ouvertures, des interrupteurs et des électrodes du deuxième ensemble du dispositif de la [Fig.2],

[0027] La [Fig.6] représente un exemple de réseau de quatre ensembles connectés susceptible d’être obtenu au moyen d’un dispositif de connexion selon le premier mode de réalisation des [Fig.2] à [Fig.5],

[0028] La [Fig.7] représente schématiquement en vue éclatée perspective un

dispositif à métasurface selon un deuxième mode de réalisation de l’invention dans une configuration plane,

[0029] La [Fig.8] représente schématiquement une coupe du dispositif à métasurface de la [Fig.2] selon un plan M’ en vue non éclatée,

[0030] La [Fig.9] représente schématiquement, en vue du dessus, les pastilles

conductrices, les ouvertures et les électrodes du premier ensemble du dispositif de la [Fig.7]

[0031 ] La [Fig.10] représente schématiquement, en vue de dessous, les électrodes du deuxième ensemble et une couche d’interrupteurs comprenant les

interrupteurs et un matériau diélectrique, ces éléments appartenant au dispositif de la [Fig.7]

[0032] La [Fig.1 ] illustre un exemple de métasurface d’un dispositif à métasurface de type microruban selon l’invention. Le dispositif est, par exemple, une antenne, par exemple hyperfréquence.

[0033] La métasurface 4 comprend un réseau périodique bidimensionnel

comprenant une alternance de pastilles conductrices 5 (ou patchs conducteurs) séparées par des ouvertures 6.

[0034] Les pastilles conductrices 5 sont, par exemple, des pastilles métalliques ou d’oxyde d’indium-étain ou ITO.

[0035] Les pastilles conductrices 5 et les ouvertures 6 sont sensiblement auto

complémentaires. Contrairement aux pastilles une métasurface composée de pastilles conductrices 5 et d’ouvertures 6 strictement auto-complémentaires, les pastilles conductrices de la métasurface sont écartées les unes des autres.

[0036] Les pastilles conductrices 5 sont écartées les unes des autres, elles ne se touchent pas. Autrement dit, les points les plus proches de deux pastilles conductrices adjacentes sont séparés par un intervalle 7. Les ouvertures 6 sont donc plus grandes que les pastilles conductrices 5.

[0037] La métasurface comprend donc des intervalles 7 séparant les pastilles

adjacentes par leurs sommets adjacents (référencés en [Fig.2]).

[0038] Dans l’exemple non limitatif de la [Fig.1 ], la métasurface présente

sensiblement une structure de damier. Les ouvertures 6 et les pastilles conductrices 5 sont sensiblement de forme carrée.

[0039] Les pastilles conductrices 5 peuvent présenter une forme strictement carrée ou une forme sensiblement carrée aux sommets écrêtés ou aplatis.

[0040] Les pastilles conductrices 5 présentent des côtés ou des dimensions sub longueur d’ondes. Il en est de même pour le pas du réseau.

[0041 ] Avantageusement, les pastilles conductrices 5 présentent des dimensions ou des côtés de longueurs inférieures ou égales l/50 et de préférence comprises entre l/50 et l/100.

[0042] La taille de l’intervalle 7, c'est-à-dire la distance minimale entre deux pastilles adjacentes qui peut être la distance entre deux sommets de deux pastilles conductrices adjacentes, est comprise entre l/1000 et l/2000. l est la longueur d’onde de fonctionnement du dispositif.

[0043] Pour une antenne fonctionnant à la fréquence de 30 GHz, la longueur d’onde est d’environ 10 mm dans l’air, les côtés des pastilles présentent une longueur compris entre 100 et 200 pm et la distance entre pastilles adjacentes par leurs sommets est comprise entre 5 et 10 pm.

[0044] D’autres métasurfaces composées de pastilles conductrices 5 et d’ouvertures 6 strictement auto-complémentaires sont envisageables. Les pastilles 5 et les ouvertures 6 peuvent, par exemple, présenter sensiblement des formes de triangles équilatéraux ou de croix. Ainsi les pastilles conductrices sont disposées en lignes et en colonnes. Les colonnes pouvant être perpendiculaires ou non par rapport aux colonnes.

[0045] Comme visible en [Fig.2] à [Fig.5], l’antenne à métasurface 1 selon l’invention comprend un empilement de plusieurs couches. Le dispositif est, sur ces figures, dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement z.

[0046] Comme visible sur la vue perspective éclatée de la [Fig.2], l’antenne à

métasurface 1 comprend plusieurs couches empilées selon l’axe z, dont un substrat 2 formé sur un plan de masse 3, conducteur, et une métasurface 4 formée sur le substrat 2. Le substrat 2 est une couche interposée entre le plan de masse 3 et la métasurface 4. Le substrat 2 est diélectrique ou un semi- conducteur.

[0047] L’antenne 1 selon l’invention comprend un dispositif de connexion permettent de connecter sélectivement des pastilles conductrices 5 de la métasurface 4 entre elles.

[0048] Le dispositif de connexion comprend des interrupteurs 10 aptes à être

alternativement dans un état conducteur et dans un état isolant. Chaque interrupteur 10 est en contact physique direct avec au moins une pastille conductrice 5 de sorte que le passage de l’état isolant à l’état conducteur de l’interrupteur 10 a une influence sur le potentiel de la pastille conductrice 5.

[0049] Les interrupteurs 10 sont des pastilles ou pavés d’un matériau à conductivité électrique variable aptes à passer d’un état conducteur à un état isolant sous l’effet d’une variation d’un champ électrique au sein du matériau, c'est-à-dire sous l’effet d’une variation d’une différence de potentiel entre deux faces du matériau.

[0050] Chaque interrupteur 10 est, par exemple, un pavé d’un matériau à

changement de phase. Le passage de l’état conducteur à l’état isolant, et inversement, se fait par un changement de phase du matériau sous l’effet d’un champ électrique prédéterminé au sein du matériau, par exemple, sous l’effet d’une impulsion électrique générant ce champ électrique de façon transitoire au sein du matériau. [0051 ] Certains matériaux à changement de phase présentent la particularité de passer réversiblement d’une phase amorphe à une phase cristalline en fonction de la température pouvant être opérée par électrique ou thermique voire même optique. Ce changement de phase du matériau se traduit par une modification de la densité de porteurs et en conséquence des propriétés de conduction du matériau par exemple modification de la résistance de surface du matériau.

[0052] Parmi ces matériaux on trouve essentiellement les chalcogénures ou GST qui se présentent sous forme d’alliage regroupant au moins un élément du Vlème groupe du tableau périodique à savoir le germanium (Ge), le tellure (Te), l’antimoine (Sb). Autrement dit, le matériau à changement de phase peut être un chalcogénure du type Gex SeyTez. Le matériau à changement de phase est par exemple le chalcogénure binaire GeTe. Ce matériau présente l’avantage de présenter une faible résistance électrique à l’état cristallin et un rapport élevé entre la résistance à l’état amorphe et la résistance à l’état cristallin.

[0053] Des exemples de matériaux présentant un changement de phase amorphe- cristallin est donné dans le tableau 1.

[0054] [Tableau 1]

[0055] En appliquant un champ électrique au matériau au moyen des électrodes, le matériau à changement de phase peut changer de phase et passer de l’état cristallin (électriquement conducteur) à l’état amorphe (électriquement isolant) et inversement. Le changement de phase du matériau, induit par l’application du champ électrique, provoque une forte modification de la conductivité du matériau passant d’un état isolant à un état conducteur ou inversement.

[0056] Lorsque le matériau à changement de phase est initialement à l’état

conducteur, la commande électrique est avantageusement du type impulsion électrique, c'est-à-dire de courte durée (50 à 100 ns). Elle présente une amplitude élevée de l’ordre de quelques dizaines de volts de sorte que la température au sein du matériau à changement de phase dépasse sa

température de fusion. A cette température le matériau n’est plus à l’état cristallin et les atomes sont arrangés aléatoirement. La durée de l’impulsion est courte, le matériau subit un refroidissement quasi-instantané, les atomes restent figés dans un état désordonné et le matériau passe à l’état amorphe et le matériau à changement de phase à l’état isolant.

[0057] Le changement de phase de l’état amorphe (isolant) à l’état cristallin

(conducteur) est obtenu en chauffant le matériau jusqu’à sa température de cristallisation Te (Te « Tf), cette opération est contrôlée par une impulsion électrique (courant ou tension) ayant une amplitude moins élevée mais avec de durée plus longue. La durée de l’impulsion est suffisamment importante

(typiquement 200 à 500 ns), ce qui permet aux atomes de s’organiser et au matériau de reprendre son état cristallin.

[0058] L’oxyde de vanadium peut aussi être utilisé en tant que matériau à

changement de phase.

[0059] En variante, on peut envisager des interrupteurs à base d’un matériau dont la conductivité est réglable par la variation d’un champ électrique au sein du matériau sans changement de phase comme, par exemple, le graphène dans une configuration semi-conductrice. Une différence de potentiel est alors maintenue, entre les deux électrodes accolées à un interrupteur, pour maintenir un interrupteur dans l’état conducteur ou une deuxième différence de potentiel, entre ces deux électrodes, est maintenue pour maintenir l’interrupteur à l’état isolant.

[0060] Le dispositif de connexion comprend également un ensemble d’électrodes, comprenant un premier ensemble E1 d’électrodes 21 à 26 (représentées en traits pleins) et un deuxième ensemble E2 d’électrodes 31 à 36 (représentées en pointillés), permettant de commander le passage de l’état conducteur à l’état isolant des interrupteurs 10, et inversement.

[0061 ] Chaque interrupteur 10 est en regard de deux électrodes, une électrode 21 , 22, 23, 24, 25 ou 26 du premier ensemble E1 et une électrode 31 , 32, 33, 34, 35 ou 36 du deuxième ensemble E2, disposées de sorte à permettre de faire passer l’interrupteur 10 de l’état isolant à l’état conducteur, et inversement, sous l’effet d’une variation de la différence de potentiel entre les deux électrodes induisant une variation du champ électrique au sein de l’interrupteur 10. Par un élément situé en regard d’un autre, on entend que ces éléments sont situés sur un même axe parallèle à l’axe d’empilement z dans la configuration plane des figures.

[0062] Chaque interrupteur 10 est en contact physique direct avec ces deux

électrodes et interposé entre ces deux électrodes selon l’axe d’empilement z. En [Fig.2], chaque interrupteur relie physiquement deux sommets S1 , S2 de deux pastilles conductrices 5 adjacentes.

[0063] La solution proposée permet d’obtenir un dispositif à métasurface

reconfigurable. Elle permet de modifier le diagramme d’émission et la fonction de transfert de l’antenne à métasurface, par exemple hyperfréquence, en mettant sélectivement les différents interrupteurs dans l’état conducteur ou isolant.

[0064] La reconfiguration de la métasurface est simple à mettre en oeuvre puisqu’elle nécessite uniquement une variation d’un champ électrique au sein des

interrupteurs obtenue au moyen des électrodes.

[0065] La connexion sélective des pastilles conductrices entre elles permet d’obtenir des propriétés d’une métasurface qui serait formée à partir de pastilles

conductrices présentant une permittivité diélectrique différente de celle des pastilles conductrices.

[0066] Dans le premier mode de réalisation des [Fig.2] à [Fig.5], les interrupteurs 10 permettent de connecter électriquement deux à deux les pastilles conductrices 5.

[0067] La [Fig.3] représente schématiquement une coupe de la [Fig.2] selon un plan M contenant l’axe z. Cette figure est une vue éclatée du dispositif à métasurface. Dans le dispositif à métasurface 1 les couches consécutives de l’empilement sont accolées les unes aux autres. Il est à noter que les matériaux diélectriques visibles en [Fig.3] n’ont pas été représentés en [Fig.2] pour des raisons de clarté.

[0068] Comme visible en [Fig.3], chaque interrupteur 10 est disposé en regard d’un intervalle 7 et déborde en regard de deux pastilles conductrices 5 adjacentes. Ainsi, les différentes couches de l’empilement étant accolées les unes aux autres, l’interrupteur 10 relie physiquement deux pastilles conductrices 5 adjacentes de sorte à relier électriquement entre-elles ces deux pastilles conductrices 5 lorsque l’interrupteur 10 est dans l’état conducteur et de sorte à les déconnecter électriquement l’une de l’autre lorsque l’interrupteur est dans l’état isolant. De façon générale, chaque interrupteur 10 est disposé en regard d’une ouverture 6 entre deux pastilles conductrices 5 adjacentes et s’étend continûment depuis une de ces deux pastilles adjacentes jusqu’à l’autre de cette pastille adjacentes.

[0069] Dans l’exemple non limitatif des [Fig.2] à [Fig.5], chaque interrupteur 10 est disposé en regard d’un intervalle 7 séparant deux pastilles conductrices par des sommets adjacents des pastilles conductrices 5 de sorte à relier physiquement les deux pastilles conductrices 5 par leurs sommets adjacents S1 , S2. Cet agencement est avantageux pour limiter les pertes dans la mesure où le champ électrique est concentré dans l’intervalle 7 où la distance entre les pastilles conductrices adjacentes est la plus faible. En variante, l’interrupteur est disposé ailleurs dans une ouverture 6 séparant deux pastilles conductrices adjacentes.

[0070] Comme visible en [Fig.3], les électrodes 21 à 26 du premier ensemble E1 sont disposées dans les ouvertures 6 (ici les intervalles 7) en regard desquels sont disposés les interrupteurs 10, ici les intervalles séparant les sommets S1 et S2 des couples de deux pastilles conductrices 5 adjacentes. Les électrodes 21 à 26 du premier ensemble E1 sont distantes en tout point des pastilles

conductrices 5 de façon à éviter une connexion inopinée de deux pastilles conductrices adjacentes par contact physique avec une des électrodes. Il est à noter que la coupe de la figue 3 n’est pas représentée de façon exacte pour montrer que les électrodes sont écartées des pastilles conductrices 5 en tout point.

[0071 ] Chaque interrupteur 10 est interposé entre une électrode du premier

ensemble E1 et une électrode du deuxième ensemble E2 selon l’axe z. Chaque électrode 31 à 36 du deuxième ensemble E2 passe en regard de l’ouverture 6 sans passer en regard des pastilles conductrices 5.

[0072] Comme visible en [Fig.3], les interrupteurs 10 appartiennent à une même couche 30 de l’empilement, dite couche d’interrupteurs 10. La couche

d’interrupteurs 50 est interposée entre la métasurface 4 et les électrodes du deuxième ensemble E2 d’électrodes. La couche 50 comprend une première face en contact physique direct avec (accolée à) la métasurface 4 et une deuxième face en contact avec une face d’une couche 51 comprenant le deuxième ensemble E2 d’électrodes.

[0073] Les interrupteurs 10 sont séparés par un ou des blocs en matériau

diélectrique 52 de sorte que la couche d’interrupteurs 50 soit sensiblement continue et plane. Ce matériau est par exemple une résine d’hydrogène- silsesquioxane ou HSQ ou du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou du benzocyclobutène (BCB). Le matériau diélectrique 52 comble sensiblement les volumes entre les interrupteurs 10. Le matériau diélectrique 52 n’est pas représenté en [Fig.2] pour des raisons de clarté.

[0074] Avantageusement, chaque pastille conductrice 5 s’étend essentiellement en regard du bloc de matériau diélectrique 52.

[0075] De façon plus avantageuse, chaque interrupteur s’étend sensiblement

uniquement en regard d’une ouverture 6 et de bordures (ici S1 , S2) des pastilles conductrices sans déborder entre ces bordures. Les bordures délimitent les pastilles conductrices dans un plan perpendiculaire à l’axe z dans la configuration plane. Cela permet de limiter de façon significative une perturbation la fréquence d’émission des pastilles conductrices 5 tout en assurant la connexion entre ces pastilles conductrices 5.

[0076] La couche 51 comprenant le deuxième ensemble d’électrodes E2 est

interposée entre la couche d’interrupteurs 50 et le substrat 2, selon l’axe z.

[0077] Les électrodes du deuxième ensemble E2 sont séparées deux à deux par un ou des blocs de matériau diélectrique 53 de sorte à obtenir une couche sensiblement continue et plane. Il s’agit ici du même matériau que dans la couches d’interrupteurs 50 mais on peut utiliser un matériau différent. On peut par exemple utiliser le HSQ, le PMMA ou le BCB pour assurer cette séparation.

[0078] La connexion sélective des pastilles conductrices 5 entre elles permet, par exemple, d’obtenir une deuxième métasurface d’échelle supérieure à l’échelle de la métasurface formée par les pastilles conductrices. [0079] La solution proposée permet de contrôler la direction principale du diagramme d’émission en contrôlant la loi de propagation des ondes au niveau de la métasurface en connectant sélectivement les pastilles conductrices entre elles.

[0080] En [Fig.4] et [Fig.5], on a représenté les projections orthogonales des pastilles conductrices 5, des ouvertures 6, des interrupteurs 10 et des électrodes du premier ensemble ([Fig.4]) et des électrodes du deuxième ensemble ([Fig.5]) du dispositif de la [Fig.2], sur un plan perpendiculaire à l’axe z.

[0081 ] Avantageusement, comme représenté en [Fig.4] et [Fig.5], les interrupteurs 10 de l’ensemble d’interrupteurs sont alignés selon un ensemble de lignes Li1 ,

U2, Li3, Li4, Li5, Li6 et selon ensemble de colonnes Ci1 , Ci2, Ci3, Ci4, Ci5, Ci6.

[0082] Chaque électrode 21 , 22, 23, 24, 25, 26 du premier ensemble d’électrodes E1 passe en regard de tous les interrupteurs 10 alignés selon une des lignes Li1 , Li2, Li3, Li4, Li5 ou Li6 de l’ensemble de lignes de sorte à permettre d’appliquer un premier potentiel à chacun des interrupteurs 10 alignés selon cette ligne Li1 , Li2, Li3, Li4, Li5 ou Li6 de l’ensemble de lignes, chaque électrode 31 , 32, 33, 34, 35, 36 du deuxième ensemble d’électrodes E2 passe en regard de tous les

interrupteurs alignés selon une des colonnes Ci1 , Ci2, Ci3, Ci4, Ci5 ou Ci6 de l’ensemble de colonnes de sorte que l’électrode 31 , 32, 33, 34, 35 ou 36 est apte à appliquer un deuxième potentiel à chacun des interrupteurs 10 alignés selon la colonne Ci1 , Ci2, Ci3, Ci4, Ci5 ou Ci6 de l’ensemble de colonnes.

[0083] Cet agencement permet d’adresser collectivement les différents interrupteurs ce qui permet de limiter le nombre d’électrodes pour assurer la commande des interrupteurs et obtenir la métasurface d’échelle supérieure. Il n’est pas

nécessaire de prévoir autant de paires d’électrodes que d’interrupteurs. Cette caractéristique permet de limiter le nombre de connexions nécessaires pour assurer cette commande. La masse et le volume de l’antenne sont ainsi limités.

[0084] Il est à noter que les pastilles conductrices sont également disposées en

lignes et en colonne. Chaque ligne de pastilles conductrices est disposée entre deux lignes d’interrupteurs et chaque colonne de pastilles conductrices est disposée entre deux colonnes d’interrupteurs.

[0085] Dans l’exemple non limitatif des [Fig.4] et [Fig.5], les interrupteurs 10 sont agencés selon des lignes droites et selon des colonnes en lignes droites et les électrodes présentent des formes de lignes droites. Les électrodes du premier ensemble sont parallèles entre elles tout comme les électrodes du deuxième ensemble. En variante les électrodes peuvent présenter des formes de lignes courbes. Les interrupteurs peuvent également être disposés selon des lignes en lignes courbes et/ou selon des colonnes en lignes courbes de sorte que chaque ligne croise une seule fois toutes les colonnes et inversement mais cette mise en œuvre est plus difficile dans la mesure où les électrodes ne doivent pas passer en regard des pastilles conductrices.

[0086] Dans l’exemple non limitatif des [Fig.4] et [Fig.5], les lignes sont

perpendiculaires aux colonnes mais elles peuvent former un angle différent de 90° entre elles. Cela est notamment le cas lorsque les pastilles conductrices présentent sensiblement une forme de triangle équilatéral.

[0087] Dans l’agencement proposé, chaque interrupteur appartient à une unique ligne du premier ensemble de lignes et une unique colonne du premier ensemble de colonnes.

[0088] La solution proposée permet de contrôler la direction principale du diagramme d’émission en contrôlant la loi de propagation des ondes au niveau de la métasurface. On peut obtenir une loi de phase différente de celle obtenue lorsque les pastilles conductrices sont déconnectées les unes des autres.

[0089] La solution proposée permet d’obtenir un dispositif à métasurface

reconfigurable telle qu’une antenne à balayage électronique qui ne nécessite pas un déphaseur pour chaque pastille conductrice ce qui permet de proposer un dispositif de taille, de masse et de coût limités.

[0090] La solution proposée permet d’obtenir un réseau bidimensionnel ou

monodimensionnel d’ensemble connectés monodimensionnels ou

bidimensionnels de pastilles conductrices connectées entre elles. Les ensembles connectés sont séparés par des pastilles conductrices non connectées entre- elles.

[0091 ] Un exemple de réseau de quatre ensembles connectés 61 , 61 , 62, 63

susceptible d’être obtenu au moyen d’une connexion selon le premier mode de réalisation des [Fig.2] à [Fig.5] est représenté en [Fig.6] Un ensemble e1 d’électrodes dites « actives » e1 (prises parmi les électrodes du premier ensemble E1 représentées en traits continus et les électrodes du deuxième ensemble E2 représentées en pointillés) sont les électrodes qui sont ou ont été activées pour mettre, à l’état conducteur, les interrupteurs en contact avec une paire d’électrodes actives. Les électrodes actives sont représentées en traits fins et les électrodes d’un ensemble e2 d’électrodes non actives (prises parmi les électrodes du premier ensemble E1 et du deuxième ensemble E2) sont représentées en traits épais. Pour des raisons de clarté, les interrupteurs ne sont pas représentés sur ces figures, mais sont situés, comme en [Fig.2] à [Fig.5], en regard des ouvertures séparant les sommets en vis-à-vis des électrodes adjacentes. Les pastilles conductrices 5 connectées entre-elles par les interrupteurs à l’état conducteur sont rayées alors que les autres sont

représentées en blanc tacheté de points. Les ensembles connectés 60 à 63 sont séparés les uns des autres par un ensemble 65 de pastilles conductrices ni connectées entre-elles, ni avec les ensembles connectés 60 à 63, car elles sont séparées deux à deux et en contact avec des interrupteurs, à l’état non conducteur, eux même en contact avec des électrodes de l’ensemble e2 d’électrodes non actives.

[0092] Un deuxième mode de réalisation est représenté en [Fig.7] à [Fig.10]

[0093] Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par la

disposition des interrupteurs. Chaque interrupteur 100 est disposé de sorte à connecter individuellement, dans son état conducteur, une des pastilles conductrices 5 à une masse flottante de sorte que les pastilles conductrices 5 connectées à la masse flottantes sont connectées entre elles. Dans son état isolant, l’interrupteur 100 isole électriquement la pastille conductrice 5 de la masse flottante.

[0094] Les interrupteurs 100 sont du même type que les interrupteurs des figures précédentes (conductivité variable par application d’un champ électrique).

[0095] A cet effet, comme visible en [Fig.7] et [Fig.8], chaque interrupteur 100 est disposé en regard d’une unique pastille conductrice 5 de sorte à connecter la pastille conductrice 5 à une masse flottante lorsque l’interrupteur est dans l’état conducteur et de sorte à déconnecter la pastille conductrice 5 de la masse flottante lorsque l’interrupteur 100 est dans l’état isolant. Les interrupteurs 100 sont connectés à la même masse flottante.

[0096] Par conséquent, lorsqu’un interrupteur 100 est à l’état conducteur, il connecte, à la masse flottante, la pastille conductrice 5 sous laquelle il se trouve. Cette solution permet de relier électriquement entre elles les pastilles conductrices en les reliant à la même masse flottante, en rendant conducteurs les interrupteurs respectifs en regard desquelles elles se trouvent. Ces pastilles conductrices 5 voient alors une épaisseur de matériau conducteur plus importante que lorsque les interrupteurs en regard desquels elles se trouvent sont à l’état isolant ce qui entraîne une modification du diagramme de rayonnement de l’antenne et notamment de la fréquence de rayonnement des pastilles conductrices.

[0097] Ainsi, il est possible de modifier la fréquence de rayonnement de l’antenne en reliant toutes les pastilles conductrices 5 à la masse flottante. On peut utiliser l’antenne comme une source impulsionnelle dans une certaine fréquence comme dans le domaine des radars. Dans un état intermédiaire, seule une partie des pastilles conductrices 5 est reliée à la masse flottante.

[0098] Cette solution est simple, bon marché et peu volumineuse. Elle ne nécessite pas l’utilisation de translateurs de fréquence pour chaque pastille conductrice.

[0099] Dans l’exemple des [Fig.7] et [Fig.8], chaque interrupteur 100 se superpose exactement à la pastille conductrice 5 en regard de laquelle elle se trouve. En variante, l’interrupteur présente des dimensions plus petites que la pastille conductrice 5 de sorte que l’interrupteur 100 ne s’étend pas en regard de la totalité de la pastille conductrice 5 mais seulement en regard d’une partie de la pastille conductrice 5. Tous comme les pastilles conductrices 5, les interrupteurs 100 sont écartés les uns des autres. Ils ne se touchent pas.

[0100] Tout comme dans le premier mode de réalisation, chaque interrupteur 100 est interposé entre une électrode 121 , 122, 123, 124 du premier ensemble EE1 (représentées en traits pleins) et une électrode 131 , 132, 133, 134 du deuxième ensemble EE2 (représentées en pointillés) selon l’axe z. L’interrupteur 100 est en contact physique direct avec ces deux électrodes. [0101 ] Plus précisément, les interrupteurs 100 appartiennent à une même couche d’interrupteurs 150 interposée entre le premier ensemble d’électrodes EE1 et le deuxième ensemble d’électrodes EE2.

[0102] Tout comme dans le premier mode de réalisation, les interrupteurs 100 sont distants les uns des autres. Autrement dit, les interrupteurs 100 ne sont pas en contact physique direct entre eux.

[0103] Avantageusement, les interrupteurs 100 sont séparés entre eux par un ou des blocs de matériau diélectrique 152 de sorte que la couche d’interrupteurs 150 soit sensiblement continue et plane. Le matériau diélectrique 152 comble

sensiblement les volumes libres entre les interrupteurs 100. Ce matériau est par exemple une résine d’hydrogène-silsesquioxane ou HSQ, du PMMA ou du BCB.

[0104] Les électrodes du premier ensemble d’électrodes EE1 sont interposées entre la métasurface 4 et la couche d’interrupteurs 150.

[0105] Les électrodes du premier ensemble d’électrodes EE1 sont en contact

physique direct avec la métasurface 4. Plus précisément, chaque électrode du premier ensemble d’électrodes EE1 est interposée entre des interrupteurs 100 et les pastilles conductrices 5 respectives, disposées en regard de ces mêmes interrupteurs 100. La pastille conductrice 5 en regard d’un interrupteur 100 est aussi en contact physique direct avec l’électrode du premier ensemble eE1 en contact physique direct avec l’interrupteur 100.

[0106] Les électrodes du deuxième ensemble EE2 sont interposées entre la couche d’interrupteurs 150 et le substrat 2.

[0107] Les électrodes du deuxième ensemble d’électrodes EE2 sont en contact

physique direct avec la couche d’interrupteurs 150 et le substrat 2 ou le plan de masse 3.

[0108] Le substrat 2 est en matériau diélectrique ou semi-conducteur fortement

résistif de l’ordre d’au moins 10 ⁶ Ohms. Le matériau semi-conducteur est, par exemple, du type Si ou AsGa. Cela permet de connecter afin de connecter les pastilles conductrices 5 à une masse flottante.

[0109] Les électrodes du premier ensemble d’électrodes EE1 appartiennent à une même couche 101 de l’empilement interposée entre la couche d’interrupteurs 150 et la métasurface 4. Tout comme dans le premier mode de réalisation, les électrodes du premier ensemble d’électrodes EE1 appartenant à une même couche 101 sont avantageusement, mais non nécessairement séparées les unes des autres par un matériau isolant, par exemple diélectrique, de sorte que la couche 101 soit sensiblement plane. On peut par exemple utiliser du HSQ, du PMMA ou du BCB.

[0110] Les électrodes du deuxième ensemble d’électrodes EE2 appartiennent à une même couche 151 interposée entre la couche d’interrupteurs 150 et le substrat 2. Tout comme dans le premier mode de réalisation, les électrodes du deuxième ensemble d’électrodes EE2 appartenant à une même couche 151 sont

avantageusement, mais non nécessairement, séparées les unes des autres par au moins un bloc d’un matériau diélectrique 152, par exemple du type HSQ, PMMA ou du BCB, de sorte que la couche 151 soit sensiblement continue et plane. Il s’agit ici du même matériau que celui de la couche 151 mais ce matériau pourrait être différent.

[0111 ] En [Fig.9], on a représenté en vue du dessus, les pastilles conductrices, les ouvertures 6 et les électrodes 121 à 124 du premier ensemble EE1 du dispositif de la [Fig.7] En [Fig.10], on a représenté en vue de dessous, les électrodes 131 à 134 du deuxième ensemble EE2 et la couche d’interrupteurs 150 comprenant les interrupteurs 10 et le matériau diélectrique 153, du dispositif de la [Fig.7]

[0112] Avantageusement, tout comme dans le premier mode de réalisation, comme visible en [Fig.9], les interrupteurs 100 de l’ensemble d’interrupteurs sont alignés selon un ensemble de lignes L1 , L2, L3, L4 et selon un ensemble de colonnes C1 , C2, C3, C4, tout comme les pastilles conductrices 5.

[0113] Chaque électrode 121 , 122, 123, 124 du premier ensemble d’électrodes EE1 passe en regard de tous les interrupteurs 100 alignés selon une des lignes L1 , L2, L3, L4 de l’ensemble de lignes de sorte à permettre d’appliquer un premier potentiel aux interrupteurs 100 alignés selon cette ligne L1 , L2, L3, L4 de l’ensemble de lignes, chaque électrode 131 , 132, 133, 134 du deuxième

ensemble d’électrodes EE2 passe en regard de tous les interrupteurs alignés selon une des colonnes C1 , C2, C3, C4 de l’ensemble de colonnes de sorte que l’électrode 31 , 32, 33, 34 est apte à appliquer un deuxième potentiel aux interrupteurs 10 alignés selon la colonne C1 , C2, C3, C4 de l’ensemble de colonnes.

[0114] Cet agencement permet d’adresser collectivement les différents interrupteurs ce qui permet de limiter le nombre d’électrodes pour assurer la commandes des interrupteurs et obtenir la métasurface d’échelle supérieure. Il n’est pas nécessaire de prévoir autant de paires d’électrodes que d’interrupteurs. Cette caractéristique permet de limiter le nombre de connexions nécessaires pour assurer cette commande. La masse et le volume de l’antenne sont ainsi limités.

[0115] Comme dans le mode de réalisation précédente, ce mode de réalisation

permet d’obtenir un réseau d’ensembles monodimensionnels ou bidimensionnels de pastilles conductrices 5 interconnectées.

[0116] Dans l’exemple non limitatif des [Fig.7] à [Fig.10], les interrupteurs 100 sont agencés selon des lignes droites et selon des colonnes en lignes droites et les électrodes présentent des formes de lignes droites. Les électrodes du premier ensemble sont parallèles entre elles tout comme les électrodes du deuxième ensemble sont parallèles entre elles. En variante les électrodes peuvent présenter des formes de lignes courbes. Les interrupteurs peuvent également être disposés selon des lignes en lignes courbes et/ou selon des colonnes en lignes courbes de sorte que chaque ligne croise une seule fois toutes les colonnes et inversement.

[0117] Dans l’exemple non limitatif des [Fig.8] à [Fig.11 ], les lignes sont

perpendiculaires aux colonnes mais elles peuvent former un angle différent de 90° entre elles.

[0118] Dans les exemples des figures, le dispositif à métasurface est dans une

configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à la direction d’empilement. Le dispositif à métasurface peut être conformable ou présenter une configuration non plane dans laquelle les couches sont courbes. Les structures bidimensionnelles d’une couche sont définies selon deux lignes courbes définissant cette couche.

[0119] L’invention a été décrite dans le cas d’une antenne mais s’applique à tout dispositif à métasurface à base d’un empilement de couches. Elle s’applique tout particulièrement aux dispositifs hyperfréquences. [0120] Dans les modes de réalisation représentés, les électrodes sont agencées de façon à permettre une commande collective des interrupteurs. En variante, chaque couple d’électrode comprenant une électrode du premier ensemble et une électrode du deuxième ensemble est apte à commander un unique interrupteur.

[0121 ] La solution proposée permet d’obtenir un réseau d’ensembles connectés présentant des dimensions réglables plus importantes que les pastilles conductrices et/ou des formes et/ou des orientations réglables ce qui permet de contrôler le diagramme d’émission de l’antenne, par exemple sa forme, et d’ajuster la modulation d’impédance de la métasurface. La connexion sélective des pastilles conductrices entre elles permet, par exemple, d’obtenir une deuxième métasurface d’échelle supérieure à l’échelle de la métasurface formée par les pastilles conductrices.

[0122] La solution proposée permet d’obtenir un dispositif à métasurface

reconfigurable qui ne nécessite pas un déphaseur ni un translateur de fréquence pour chaque élément rayonnant ce qui permet de proposer un dispositif de taille, de masse et de coût limités. ]