- Une équipe dirigée par des chercheurs de l’université de Glasgow ont présenté, dans un article publié dans l’IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, le développement d’un prototype d’une antenne dynamique à méta-surface (DMA pour dynamic metasurface antenna) contrôlée numériquement par un FPGA.
- Les chercheurs ont mis au point une antenne qui associe les propriétés des métamatériaux à un système de traitement sophistiqué des signaux.
- Cette antenne constitue une avancée dans le domaine des communications sans fil. Elle pourrait contribuer à la mise en place des futurs réseaux 6G ultra-rapides contrôlés par logiciel.
Selon les chercheurs, il s’agirait de la première antenne opérant à la fréquence de 60 GHz dans la bande des ondes millimétriques (mmWave), la partie du spectre réservée par le droit international aux applications industrielles, scientifiques et médicales (ISM).
« Ce prototype constitue un développement très intéressant concernant les antennes adaptatives de prochaine génération. Il va au-delà des précédents développements d’antennes programmables reconfigurables. Ces dernières années, des antennes DMA opérant dans les bandes micro-ondes ont été mises en œuvre par d’autres chercheurs à travers le monde. Cependant, notre prototype franchit un cap supplémentaire par son fonctionnement à 60 GHz, dans la bande supérieure des ondes millimétriques. Cela rend possible de nouveaux cas d’utilisation de la technologie 6G et pourrait ouvrir la voie à un fonctionnement à des fréquences encore plus élevées dans la gamme des térahertz », rapporte le professeur Qammer H. Abbasi, codirecteur du centre de communication, de détection et d’imagerie de l’université de Glasgow, qui est l’un des principaux auteurs de l’article.
De son côté, le Dr Masood Ur Rehman, de la James Watt School of Engineering de l’université de Glasgow, qui a dirigé le processus de développement de l’antenne, indique que « le contrôle et la mise en forme programmables du faisceau de l’antenne DMA pourraient contribuer à l’imagerie holographique à ondes millimétriques à grain fin, ainsi qu’à la communication en champ proche, à la focalisation du faisceau et au transfert d’énergie sans fil de la prochaine génération.»
Antennes de métasurface à formation de faisceau
De par sa capacité à fonctionner dans la bande supérieure des ondes millimétriques, cette antenne pourrait être employée dans le domaine encore en développement des antennes de métasurface à formation de faisceau. Elle pourrait notamment être utilisée par les futurs réseaux 6G pour assurer le transfert de données à très haut débit. Elle pourrait également être déployée dans de nouvelles applications dans les secteurs de la communication, de la détection et de l’imagerie. Une telle antenne DMA pourrait notamment être utilisée sur des systèmes de surveillance des signes vitaux de patients, des radars pour les véhicules autonomes et les drones terrestres et aériens. L’amélioration de la vitesse de transfert des données pourrait même contribuer à la création d’une imagerie holographique, permettant de projeter en temps réel des modèles 3D de personnes et d’objets.
Conception de métamatériaux spécifiques
Des métamatériaux spécialement conçus permettent à l’antenne DMA d’opérer à haute fréquence. Il s’agit de structures élaborées pour maximiser leur capacité à interagir avec les ondes électromagnétiques d’une manière qui n’est pas accessible aux matériaux naturels.
Les éléments de métamatériaux entièrement réglables permettent de manipuler les ondes électromagnétiques par logiciel. Ce qui permet de concevoir des antennes à ondes de fuite reconfigurables capables de fonctionner à très haute fréquence.
Le prototype, de la taille d’une boîte d’allumettes, met en œuvre des interfaces d’interconnexion à grande vitesse qui permettent un contrôle parallèle et simultané de chaque élément de métamatériau par le biais d’un programme tournant sur un circuit FPGA. L’antenne DMA peut façonner ses faisceaux de communication et en créer plusieurs à la fois, en les commutant en quelques nanosecondes. Ce qui permet de garantir la stabilité de la couverture du réseau.
L’article, intitulé « 60 GHz Programmable Dynamic Metasurface Antenna (DMA) for Next-Generation Communication, Sensing, and Imaging Applications : From Concept to Prototype », est publié dans l’IEEE Open Journal of Antennas and Propagation.
