Figure 3
Schéma du milieu 2D main-gauche (3 x 3
cellules unitaires)
Figure 4 Détail de la spire et des capacités en
recouvrement
Nous étudions un réseau bidimensionnel de lignes en bande millimétrique (140 GHz 220 GHz). Ce réseau est
constitué d'une grille formée de lignes de propagation disposées perpendiculairement. Le milieu d'indice positif est
réalisé par une ligne microruban.
Le milieu main-gauche est obtenu à partir de la structure précédente, chargée
périodiquement par une capacité en série et une inductance en parallèle
[2]. La capacité est réalisée en recouvrement et
l'inductance par l'intermédiaire d'un motif en spirale. Sur la figure 1, le diagramme de dispersion obtenu sous ADS
pour la ligne de transmission microruban de 50
(trait pointillés) est comparé au diagramme de bande de la même
ligne, chargée par les éléments réactifs (L=18,5pH, C=7,5 fF) (trait plein). Le pas du réseau a=100µm est choisi
suffisamment petit pour être en condition d'homogénéisation et obtenir des valeurs de permittivité et de perméabilité
effectives négatives. Il existe un point de fréquence proche de 125 GHz pour lequel la constante de propagation
et
l'indice effectif sont de module identique dans les deux supports de propagation mais de signe opposé. Les éléments ont
été dimensionnés de manière à ce que les impédances caractéristiques soient égales dans les deux milieux, et par
conséquent il est possible à ce point de fréquence d'observer une transmission unitaire à l'interface des milieux, quelque
soit l'angle d'incidence de l'onde. L'ensemble de ces conditions doivent nous permettre d'obtenir une refocalisation des
ondes émises par une source ponctuelle grâce à la réfraction négative. Si cet effet de focalisation en champ proche a été
démontré à 1,5 GHz [3], sa mise en évidence en gamme millimétrique reste un challenge technologique sur le plan de la
réalisation et de la caractérisation, que ce soit pour la réalisation des éléments de la ligne ou la mesure en champ proche
des champs électromagnétiques. En effet, l'échelle de structuration est un paramètre essentiel et va déterminer la
résolution du dispositif de refocalisation. L'amplification des ondes évanescentes attendue dans le milieu main-gauche
ne sera permise que pour les vecteurs d'onde transverses k
t
tels que k
t
< 2
/a Dans cette optique, l'intégration du motif
en spirale sur le noeud de jonction des lignes permet de réduire notablement le pas du réseau. Dans l'exemple présenté
figure 3 et résolu numériquement par une méthode d'éléments finis, les lignes microrubans de 25 µm de large sont
placées sur un substrat de 10 µm, dont les propriétés électromagnétiques sont celles du Benzo Cyclo Butene (BCB), un
polymère présentant de bonnes caractéristiques électromagnétiques aux fréquences considérées (
r
= 2,65 et tan
=
2.10
-4
) qui permet notamment la réalisation de lignes microruban à film mince (TFMS) [4]. Le pas du réseau a pu être
abaissé à 50 µm, pour une longueur d'onde guidée sur la ligne microruban de 1 mm à 200 GHz. La figure 6 présente le
détail de la structure et notamment la spire rectangulaire dont la largeur du ruban est de 1 µm. La connexion au plan de
masse est permise par une technique de via-hole. Par une technique de génération d'impulsions ultracourtes développée
à l'IEMN [5], la caractérisation temporelle du dispositifs jusqu'au Terahertz est possible et vient compléter l'analyse
vectorielle.
[1] T. Decoopman, O. Vanbésien and D. Lippens, Demonstration of a Backward Wave in a Single Split Ring Resonator
and Wire Loaded Finline, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 14, n°11, november 2004.
[2] G. V. Eleftheriades, A. K. Iyer, P. C. Kremer, Planar Negative Refractive Index Media Using Periodically LC
Loaded Transmission lines, IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques, vol. 50 n°12, december 2002.
[3] A. Grbic and G. V. Eleftheriades, Overcoming the diffraction limit with a planar left-handed transmission line lens,
Physical Review Letters, vol. 92, n°11, 2004.
[4] G. Prigent, E. Rius, F. Le Pennec, S. Le Maguer, C. Quendo, G. Six, H. Happy, Design of Narrow-Band DBR
Planar Filters in Si-BCB Technology for Millimeter-Wave Applications, IEEE Trans. On Microwave Theory and
Techniques, vol. 52, n°3, march 2004.
[5] L. Desplanque, J. F. Lampin, F. Mollot, Generation and detection of terahertz pulses using post-process bonding of
low-temperature-grown GaAs and AlGaAs, Applied Physics Letters, vol. 84, n°12, pp 2049-2051, march 2004.
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