Antennes millimétriques et applications

Les futurs systèmes de communication sans fil exigeront inévitablement des débits de l’ordre de plusieurs Gigabits par seconde (Gbit/s) afin de répondre à l’augmentation exponentielle des quantités de données (notamment pour la vidéo haute définition (HD)) à transmettre que ce soit pour les réseaux fixes ou mobiles. De même, la croissance du marché des radars automobiles pour la sécurité routière ou des systèmes d’imagerie pour la sécurité civile (aéroports ou suivi de personnes jugées menaçantes) engendre de fortes activités de recherche et d’ingénierie pour améliorer la résolution de ces systèmes afin de distinguer et de classer des cibles à moyenne ou grande distance (jusqu’à quelques centaines de mètres). Ces demandes imposent de travailler en ondes millimétriques [30-300GHz] afin de disposer d’une bande de fréquences suffisante (plusieurs Gigahertz) répondant à ces nouvelles spécifications système. Les applications, que ce soient les futurs réseaux à haut débit de 5^e génération (5G), les systèmes de transfert de données en indoor à 60GHz ou bien encore les radars automobiles [76-81GHz], imposent la mise en œuvre de systèmes émission-réception bas coût et performants, mais également la conception d’antennes dédiées, c’est-à-dire présentant de bonnes performances en gain et en rayonnement. Ces antennes se doivent le plus souvent d’être reconfigurables afin de lutter efficacement contre les phénomènes d’obstruction dus au canal de propagation (indoor notamment). L’utilisation du spectre millimétrique impose cependant des contraintes technologiques importantes, telles que l’utilisation et la maîtrise de matériaux diélectriques à faible pertes, l’interconnexion des antennes et des modules actifs, et l’obtention d’antennes à gain élevé (20-30dBi ou plus) avec des possibilités de reconfigurabilité du diagramme de rayonnement (balayage mécanique ou électronique du faisceau, ouverture de faisceau variable…).

Cet article a pour objectif de présenter dans un premier temps les applications industrielles principales et les spécificités du spectre fréquentiel millimétrique, avec notamment une forte atténuation en espace libre, l’absorption atmosphérique des ondes par certaines molécules (le dioxygène à 60GHz) ou bien encore les problèmes d’efficacité des antennes du fait des pertes induites par les matériaux utilisés. Par la suite, plusieurs applications industrielles identifiées tels les systèmes de communication à haut débit en indoor à 60GHz, les radars automobiles en bande W (79GHz) ou bien les systèmes d’imagerie pour la sécurité civile, permettent de présenter des solutions antennaires innovantes tout en évoquant les problématiques associées à chacune d’entre elles.

Des exemples concrets de réalisation d’antennes, notamment reconfigurables, illustrent les problématiques et les solutions présentées.

Un glossaire et un tableau des sigles et symboles utilisés sont présentés en fin d'article.