Communications sans fil en gamme térahertz - Composants et premiers systèmes

1 - Évolution des communications vers la gamme de fréquence térahertz

• 1.1 - La gamme de fréquence THz
  Figure 1 - Spectre des ondes électromagnétiques et identification de la gamme de fréquence térahertz
• 1.2 - Bref historique des communications THz
• 1.3 - Évolution des débits dans les communications sans fil
• 1.4 - Ondes THz : propagation, avantages et inconvénients
  Figure 2 - Atténuation atmosphérique des micro-ondes aux ondes visibles (Crédit Al Naboulsi) Figure 3 - Bilan de liaison (L, dB) et FSPL jusqu’à 1 THz, avec des gains d’antenne de 0 dBi (antennes isotropiques) (Crédit Nagatsuma et al.)
• 1.5 - Bandes de fréquences identifiées et capacités autour de 300 GHz
  Figure 4 - Bandes de fréquences et atténuation atmosphérique. La plage de fréquence se situant entre 200 et 320 GHz possède des caractéristiques intéressantes pour les télécoms en ondes « T ». Adapté de Ericsson
• 1.6 - Bilan des scénarios possibles
• 1.7 - Positionnement des ondes THz par rapport à l’optique espace libre

2 - Technologies THz : émetteurs, récepteurs et architecture d’un système de communication

• 2.1 - Émetteurs THz
  Figure 5 - État de l’art des sources THz, circuits (MMICs), diodes Schottky, composants opto-électroniques et RTD. Adapté de Sengupta et al.
• 2.2 - Récepteurs THz
  Figure 6 - Détection directe à base de diodes Schottky GaAs intégrées dans des guides d’ondes associés à des antennes de type cornet métallique (a). Détection hétérodyne dans laquelle on réalise un mélange entre un oscillateur local (LO) et le signal à détecter
• 2.3 - Architecture de base du système de transmission
  Figure 7 - Architectures des premières chaînes de transmission THz

3 - Exemples de composants et fonctions

• 3.1 - Photomélange pour la génération de signaux THz modulés
  Figure 8 - Principe du photomélange pour la génération THz Figure 9 - Vue au microscope électronique d’un photomélangeur de type UTC-PD fabriqué à l'IEMN de Lille (Photodiode à transport unipolaire). b. Niveaux de puissance générés à 300 GHz à l’aide des UTC-PD par la technique de photomélange
• 3.2 - Génération de signaux THz modulés par la technique de photomélange
  Figure 10 - Génération de signal vectoriel THz par la technique de photomélange Figure 11 - Génération multifréquence de signaux THz modulés par la technique de photomélange. P2P : Point to point link (liaison point à point). Carrier frequency (Fréquence porteuse)
• 3.3 - Autres techniques pour la génération de signaux THz modulés
• 3.4 - Premiers circuits actifs en gamme THz
  Figure 12 - a. Circuit LNA à 480 GHz (Crédit Deal). b. Premier amplificateur démontré à 1 THz (Crédit Northrup Grumman) Figure 13 - Circuit de puissance réalisé à partir de TBH sur InP (Crédit Griffith). Fréquence de fonctionnement de 300 GHz, 10 mW de puissance de sortie
• 3.5 - Intégration, interconnexions et antennes
  Figure 14 - Exemple d’intégration compacte de récepteur THz par la technique d’assemblage de tranches de silicium micro-structuré

4 - Liens de transmissions en gamme THz

• 4.1 - Rappels de modulation et indicateurs de performance d’un lien de communication THz
  Tableau 1
• 4.2 - Revue des types de liens
  Figure 15 - Représentation des performances actuelles de liens de communication THz avec différentes technologies d’émetteurs/récepteurs Figure 16 - Comparaison des performances en puissance atteintes à l’aide des technologies à état solide ( solid-state ) et des technologies à vide (TWT)

5 - Normalisation pour le 100 Gbit/s en THz

6 - Conclusion

7 - Glossaire

8 - Sigles, notations et symboles