METAMATERIAUX POUR LA REFRACTION NEGATIVE ET L'AMPLIFICATION DES
ONDES EVANESCENTES EN GAMME MILLIMETRIQUE
T. Decoopman
1
, X. Mélique
2
, O. Vanbésien
2
et D. Lippens
2
1
: Institut Fresnel, D.U. St Jérôme, 13397 Marseille cedex 20
2
: Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Université des Sciences et Technologies de Lille1,59652 Villeneuve d'Ascq
Nous présentons la conception d'un milieu bidimensionnel visant à exploiter les propriétés des milieux main-gauche
(i. e. des milieux à permittivité et perméabilité négatives), et notamment la réfraction négative et l'amplification des
ondes évanescente. L'objectif visé est la réalisation de systèmes de focalisation capables de repousser les limites
classiques en résolution.
I. Ligne de transmisison main-gauche en technologie finline
Le diagramme de dispersion non dispersif d'une ligne de transmission idéale peut être modifié par l'ajout périodique
d'éléments réactifs, localisés ou semi-localisés. En chargeant la ligne de transmission par une capacité en série et une
inductance en parallèle, il est possible de créer un réseau présentant une bande passante main-gauche. Cet effet
correspond au renversement du vecteur d'onde, qui se traduit dans le diagramme de dispersion par une pente négative
correspondant à une vitesse de phase négative (figure 1). Dans ce cas le sens de propagation du front de l'onde est
opposé à celui de l'énergie.
Nous avons proposé une ligne de transmission en technologie finline chargée par des simples anneaux ouverts et
démontré qu'il était possible d'obtenir pour cette structure une rétropropagation de l'onde électromagnétique, traduisant
le caractère main-gauche de cette ligne composite [1]. La figure 2 présente une comparaison simulation mesure de la
variation du déphasage obtenue pour deux lignes de longueurs différentes sur ce type de structure. Celle-ci est positive
lorsque la propagation est main-gauche, entre 11,5 et 12,5 GHz et négative lorsque la propagation est main-droite.
Cependant, les pertes associées sur ces dispositifs peuvent être importantes en raison du processus résonant mis en jeu.
Dans la perspective de mettre en évidence l'amplification des ondes évanescentes, il est pour cela préférable de
s'orienter vers les lignes de transmission chargées comme celle que nous présentons ensuite, exploitant une topologie
duale de la ligne de transmission classique pour en modifier la relation de dispersion.
II. Réfraction négative dans un réseau bidimensionnel
Les effets physiques attendus dans les milieux à permittivité et perméabilité simultanément négatives sont
particulièrement originaux. A leur interface avec un milieu classique, il est possible d'observer une réfraction négative
des ondes. Ces milieux sont également capables d'amplifier les ondes évanescentes. Or, dans un dispositif classique de
focalisation, la perte de ces composantes est à l'origine de la limite en résolution. Pour un milieu main-gauche, pourvu
que l'échelle de structuration soit suffisamment petite, cette limite peut donc être repoussée.
Figure 1 Diagramme de bande de la ligne chargée (plein)
et de la ligne seule (pointillés)
Figure 2 Mise en évidence numérique et expérimentale
de la propagation main-gauche en finline.
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