Shah Nawaz Burokur – ESEO

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1 Shah Nawaz Burokur – ESEO (nawaz.burokur@eseo.fr)
Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes Shah Nawaz Burokur1, Mohamed Latrach1, Serge Toutain2 1 École Supérieure d’Électronique de l’Ouest (ESEO) – Angers 2 IREENA, École Polytechnique de l’Université de Nantes – Nantes 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

2 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 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

3 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
I- Généralités ♦ métamatériaux connus comme : MG : Matériaux Gauchers ( Matériaux main Gauche) MIN : Matériaux (Métamatériaux) à indice négatif LHM : Left-Handed Media ( Materials) DNG : Double Negative Media NIM : Negative Index Media BWM : Backward Wave Media ♦ propriété remarquable de l’indice de réfraction négatif : permittivité électrique et perméabilité magnétique simultanément négatives 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

4 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
Milieu droitier Milieu gaucher Trièdre indirect – main gauche vg et v se propagent dans des directions opposées 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

5 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
+ = SRR (Perméabilité négative) Tiges métalliques (Permittivité négative) Milieu gaucher (Indice négatif) théorie des images : • ports : plan xôz • PEC : plan yôz • PMC : plan xôy Milieu 2-D empilé selon l’axe z 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

6 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
II- Homogénéisation du milieu gaucher Définition de la structure périodique (SRRs + tiges) comme un seul milieu caractérisé par eff et eff simulations – code HFSS Extraction matrice S Milieu passif : Re(Zeff) et Im(neff) positives 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

7 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
[1] [1] P.Markos, C.M.Soukoulis « Optics Express », vol.11, no 7, Apr 2003 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

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III- Amplification d’ondes évanescentes en utilisant des SRRs S21  -25dB Fortes ondulations ( 20dB) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

9 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
Utilisation d’une transition linéaire afin d’augmenter la transmission Pertes d’insertion fortement diminuées Ondulations minimes en pratique 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

10 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
IV- Influence du matériau gaucher sur une antenne patch première étude patch circulaire : substrat sans pertes, r = r = 2,5; r = 3,54 mm pour f = 10GHz S11 (dB) Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

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adaptation de –11,3dB à 10,3 GHz ouverture à –3dB de l’ordre de 100o gain de l’antenne est de l’ordre de 6,3dB rayonnement arrière maximal de –3dB, à =120o et =0°, dû au plan de masse fini Augmentation du gain : Mise en réseaux Utilisation du matériau gaucher 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

12 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

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matériau gaucher (r = r = -2,5) : demi-sphère de rayon 27 mm (dopt=7.5 mm) ouverture à –3dB de l’ordre de 30o rayonnement arrière moindre gain de l’antenne est de l’ordre de 11dB (amélioration de 4,7dB)  réseau de 3 antennes pas de problèmes d’alimentation et de couplage inter-éléments 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

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deuxième étude (se basant sur l’homogénéisation) moins de pertes à 12,4GHz patch circulaire : substrat mousse (r = 1,45, tan = ); r = 5,28 mm pour f = 12,4GHz S11 (dB) Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

15 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
adaptation de –23,5dB à 12,4 GHz ouverture à –3dB de l’ordre de 90o gain de l’antenne est de l’ordre de 7dB rayonnement arrière maximal de –8dB, à =100o et =0° 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

16 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
S11 (dB) Plan E ( = 90o) Plan H ( = 0o) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

17 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
Distribution du champ E présence de focalisation à l’intérieur du matériau gaucher ouverture à –3dB de l’ordre de 45o gain de l’antenne est de l’ordre de 9,8dB (amélioration de 2,8dB) 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO

18 Métamatériaux gauchers – Application aux circuits microondes
V- Conclusion Homogénéisation démontrant l’indice négatif Amplification des ondes évanescentes dans un guide d’onde et amélioration de la transmission par une transition linéaire Étude sur l’antenne patch démontre que le matériau gaucher peut augmenter le gain 12/11/2018 Shah Nawaz Burokur – ESEO