Modélisation et caractérisation multiphysique

• Conception et modélisation multiphysique de composants hyperfréquences - On y retrouve la modélisation des phénomènes liés au claquage dans des dispositifs de fortes puissances, l’évolution des propriétés des dépôts métalliques (conductivité électrique) et des diélectriques (permittivité complexe, dérive en température, …) en fonction de la fréquence et de la température. La conception de dispositifs hyperfréquences menés dans l’équipe MACAO permet la conception de composants répondant ainsi à des contraintes mutliphysiques (pertes, tenue en puissance, tenue en température, …). Ces compétences sont mises en application dans le cadre du projet H2020 Marie-Curie TESLA (https://tesla-itn.hw.ac.uk/) impliquant 7 pays européens : https://tesla-itn.hw.ac.uk/ où l’équipe MACAO cherche à développer des filtres fortes puissances innovants pour les futurs satellites de télécommunications européens.
• Caractérisation hyperfréquences en température et en puissance - L’expertise de l’équipe MACAO repose en particulier sur le développement de ses propres moyens et modèles de caractérisation permettant d’extraire l’évolution des propriétés des matières utilisées dans la réalisation de ces composants. Le projet ANR CANODEMS (https://canodems.xlim.fr/) vise à porter les températures mises en jeu lors de ces caractérisations à plus de 1000°C afin de suivre les propriétés électromagnétiques de matières céramiques lors d’applications exigeantes. Différentes techniques de caractérisation de matériaux spécifiques sont développées en appui des technologies de fabrication utilisées comme la mesure par microscopie microondes en champ proche et d’autres approches permettant de mesurer la permittivité complexe (iso ou anisotrope) de matériaux structurés en 3D servant à diverses applications comme des antennes à gradient de permittivité (partenariat Xlim-Anywaves) ou UWB (partenariat Xlim-IRCER):
• Capteurs hyperfréquences de gaz - L’équipe MACAO travaille depuis plusieurs années sur la création de capteurs de gaz sensibles à diverses matières (NOx, …) en collaboration avec des laboratoires spécialisés dans les matériaux et technologies de fabrication (INP Bordeaux, IEMN Lille). Au travers d’une collaboration récente avec l’UMI CINTRA (Singapour) et les laboratoires ENSBP (Bordeaux) et IMS (Bordeaux), une dernière itération de ce capteur de gaz a été conçu. L’impact de l’humidité de l’air sur les performances d’un capteur utilisant une couche de poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate -multi walled carbon nanotubes (PEDOT:PSS-MWCNT) comme matériel sensible a été en particulier étudié.

Méthodologies et outils de synthèse/optimisation de fonctions hyperfréquences

• Co-conception de filtre-antenne - Les outils de co-conception de fonctions filtre/antenne sont un exemple des activités menées en lien avec l’équipe Antenne et Signaux permettant d’optimiser le bilan taille/efficacité d’un tel objet. L’équipe MACAO est actuellement impliqué dans le projet Astrid ANR CODIFIANT  dédié à la Co-Conception de Dispositif Filtre Antenne Compact et Agile en fréquence (codifiant.xlim.fr).
• Conception et optimisation de filtres et mux accordables - L’équipe MACAO a développé une expertise dans la conception de filtres et multiplexeurs accordables en fréquence en s’appuyant sur des outils et méthodologies permettant d’adresser des gabarits en fréquences sur des multiples canaux.
• Synthèse avancée de fonctions de filtrage et de multiplexage - La synthèse spécifique de multiplexeurs compacts, de fonctions de filtrage intégrant des couplages dépendant de la fréquence et permettant la génération de zéros de transmission à la demande fait partie du savoir-faire de l’équipe MACAO. Le recours à des technologies de fabrication additive permet la réalisation de tels dispositifs dans des format monoblocs s’affranchissant de contraintes d’assemblage et des pertes hyperfréquences inhérentes.
• Optimisation algorithmiques de fonctions hyperfréquences - L’application d’algorithmes d’optimisation de forme est un levier important permettant, lorsque couplé à des mesures et/ou des simulations hyperfréquences, d’optimiser la géométrie à donner à des composants hyperfréquences pour atteindre un gabarit cible. Ces approches utilisant des algorithmes génétiques et d’autres basés sur l’intelligence artificielle sont actuellement appliquées à la technologie FPMS (Field Programmable Microwave Substrate) dans le cadre du projet ANR France-Canada RWC_FPMS (https://anr.fr/Project-ANR-18-CE24-0029).

Intégration et packaging de dispositifs hyperfréquences

• Technologies de fabrication en bande millimétriques (5G) - L’équipe MACAO a développé la technologie de fabrication LMST (Laser-Machined Substrate Technology) reposant sur le micro-usinage laser de substrats de forte permittivité et très faible tangente de pertes. Cette approche permet la réalisation de fonctions hyperfréquences montables en surface et adaptées aux bandes millimétriques de la 5G (26 et 42 GHz). Cette approche tire son potentiel de la collaboration avec le laboratoire IRCER (Institut de Recherche sur les CERamiques, www.ircer.fr ) au sein du Labex Sigma-Lim (www.unilim.fr/labex_sigmalim ) qui soutient le développement de matières céramiques techniques appliquées ici aux composants hyperfréquences. Des matières aux performances très importantes (tan d = 2 10-5@ 10 GHz, stabilité des propriétés en fonction de la température (Tf ~0 ppm/°C)) sont ainsi utilisées dans des applications civiles terrestres ou très exigeantes comme les télécommunications par satellite.
• Fabrication additive céramique, plastique et métal pour les composants microondes - L’équipe MACAO utilise depuis plus de 17 ans diverses technologies de fabrication additives (céramique, polymère, métal) pour la réalisation de fonctions hyperfréquences originales. Ces approches permettent de limiter le nombre de pièces assemblées, rassembler plusieurs fonctions au sein d’un même dispositif et d’atteindre des géométriques complexes difficiles voire impossibles à réaliser par d’autres technologies de fabrication.

Nanotechnologies HF

Partenariats :

Programmes de recherche nationaux et internationaux :

• Laboratoire commun Axis (Xlim – Thales Alenia Space, Toulouse) : les membres de l’équipe MACAO sont à l’origine de ce laboratoire commun impliquant plusieurs équipes de recherche du laboratoire Xlim (MACAO, CCSNL, MINT)
• ANR Canodems (Caractérisation on destructive de Matériaux par Sonde RF en environnement sévère), 2018-2021): Xlim, IRCER, CISTEME
• ANR TRICOT (Technologie émergente pour le développement de circuits RF et millimétriques à base de nanotubes de carbone), 2017-2021: Xlim, Université Grenoble Alpes, Cintra, III-V Lab
• ANR PRCI (France – Canada) RWC_FPMS (Reconfigurable Wireless Components using Field programmable Microwave substrate), 2018-2023: IETR Rennes, Ontario  Tech, Xlim, Carleton University, Orbcomm.
• ITN H2020 Marie-Curie TESLA (Advanced Technologies for future European Satellite Applications) 2019-2022 : Heriot-Watt University, Universidad Publica de Navarra, Universitat Politecnica de Valencia, Christian-Albrechts-Universitaet Zu Kiel, Kungliga Tekniska Hoegskolan, Technische Universitaet Graz, Universita degli studi di Perugia, Université de Limoges
• ANR CODIFIANT (Co-Conception de Dispositif Filtre Antenne Compact et Agile en fréquence), 2020-2022 : CEA Tech, Xlim