4.1 D´ ephaseurs ` a membranes ultrasouples
4.1.3 Actionnement ´ electromagn´ etique
– Am´elioration du positionnement de la membrane pr`es du quartz : il est envisageable de «tendre» le plan de masse plus pr`es du quartz, mais au d´epens de la mobilit´e de la membrane. Une autre piste r´eside dans l’utilisation d’une goutte plus visqueuse (par exemple du m´etal liquide) qui pourrait repousser la membrane pr`es du quartz.
– Enfin l’´electromouillage peut ˆetre am´elior´e en optimisant la structures des ´electrodes [207]
ou la qualit´e du di´electrique en introduisant des surfaces superhydrophobes [208]
(a) (b)
Figure 4.18 – Prototype de d´ephaseur (a) sur la cellule de mesure (b) face arri`ere
(a) (b)
Figure 4.19 – Coefficient de r´eflexion S11 et pertes d’insertion S21 en fonction du courant
(a) (b)
Figure 4.20 – (a) D´ephasage ∆φ21 en fonction de la fr´equence pour diff´erents courants dans la bobine. La position de r´ef´erence est I=0,0 A. (b) D´ephasage en fonction du courant `a 57,5 GHz et 60 GHz
Tableau 4.3 – Param`etres mesur´es du d´ephaseur complet `a 60 GHz et correction par ´eplu- chage : on retire 0,31 dB [pertes simul´ees dans les acc`es] aux pertes d’insertion pour obtenir les donn´ees relatives `a la section centrale de 10 mm
I ha S11 S21 ∆φ21 FOM S21´epluch´e FOM´epluch´ee
(A) (µm) (dB) (dB) (◦ ou ◦/cm) (◦/dB) (dB) (◦/dB)
0,04 0 -11,6 -2,70 0 0 -2,39 0
0,02 -11,4 -2,74 63 23 -2,42- 26
0 100 -18,3 -2,38 100 36 -2,06 41
-0,1 -20,7 -2,47 131 48 -2,16 54
-0,5 200 -16,7 -2,75 170 62 -2,43 70
Tableau 4.4 – Param`etres mesur´es du d´ephaseur complet `a 57,5 GHz et correction par ´eplu- chage : on retire 0,30 dB aux pertes d’insertion pour obtenir les donn´ees relatives `a la section centrale de 10 mm
I ha S11 S21 ∆φ21 FOM S21´epluch´e FOM´epluch´ee
(A) (µm) (dB) (dB) (◦ ou ◦/cm) (◦/dB) (dB) (◦/dB)
0,04 0 -9,0 -1,71 0 0 -1,41 0
0 100 -11,0 -1,60 101 59 -1,30 72
- 0,5 200 -13,9 -1,56 166 97 -1,26 118
Mesures hyperfr´equences
Le d´ephaseur a ´et´e mesur´e dans la bande 30-60 GHz pour diff´erentes valeurs du courant dans la bobine. Le coefficient de r´eflexion et les pertes d’insertion sont donn´es Fig. 4.19 et le d´ephasage ∆φ21 Fig.4.20. Les donn´ees - obtenues par mesure optique et pr´ecises `a 15µm pr`es - reliant le courant I dans la bobine et ha sont les suivantes : ha=0 µm pour I=0,04 A et plus (1,3 mW) [ le plan de masse est «plaqu´e» contre le quartz], ha=100 µm pour I=0,0 A et ha=200 µm pour I= - 0,5 A (200 mW).
Les principales informations issues des mesures sont les suivantes :
– le d´ephaseur est globalement adapt´e `a -10 dB sur la bande 30-60 GHz dans les diff´erentes positions.
– les pertes d’insertion dans le d´ephaseur sont d’environ 2,5 dB.
– le d´ephasage atteint 170 ◦ pour environ 200 µm d´eplacement.( 277◦ en simulation) – la figure de m´erite corrig´ee `a 60 GHz, pour un d´eplacement de 200 µm, est de 72◦/dB et
la figure de m´erite corrig´ee est maximale `a 57,5 GHz et atteint 118◦/dB. Plus de 600◦/dB
´etaient obtenus en simulation pour le mˆeme d´eplacement.
Discussion et conclusion
D´ephasage Le d´ephasage obtenu `a 60 GHz (170◦) pour un d´eplacement de 200 µm est significatif mais n´eanmoins inf´erieur au d´ephasage simul´e `a la mˆeme fr´equence (270◦). Si le d´ephasage exp´erimental pour hacompris entre 100 et 200µm (70◦) est comparable au d´ephasage simul´e pour ha compris entre 110 et 210 µm (57◦), il existe un ´ecart important pour la plage [0;110µm]. Nous interpr´etons cet ´ecart par un «plaquage»non uniforme du plan de masse sur le quartz pour ha proche de 0 µm. Il reste tr`es probablement un gap d’air r´esiduel `a certains endroits de la zone centrale de 6mm, qui suffit `a entraˆıner une baisse du d´ephasage.
Pertes d’insertion et figure de m´erite Les pertes d’insertion totales mesur´ees `a 60 GHz - et sur l’essentiel de la bande 30-60 GHz - (∼ 2,5 dB) sont tr`es sup´erieures aux simulations (∼ 0,65 dB), ce qui gr`eve assez fortement la figure de m´erite. Ces pertes peuvent provenir de deux facteurs :(a) l’´etat d´egrad´e du quartz sur la tranche (voir Fig. 4.18(b)), qui g´en`ere un mauvais contact avec la cellule de mesure.(c) l’interconnexion des plans de masse en or (sur quartz et PDMS, respectivement) [Voir Fig. 4.17] `a l’aide de laque d’argent faiblement conductrice et surtout adh´erant faiblement `a l’or. Cette interconnexion peut ˆetre am´elior´ee en rempla¸cant le plan de masse sur quartz par du cuivre, qui adh`ere mieux `a la laque d’argent ou alors en r´ealisant une brasure sous atmosph`ere contrˆol´ee `a l’aide d’un alliage fondant `a basse temp´erature comme l’InSbBi eutectique (fondant `a 63°C).
Nous attendons une r´eduction des pertes d’insertion `a une valeur inf´erieure `a 1 dB pour le d´ephaseur complet (cette valeur de pertes a ´et´e mesur´ee pour un d´ephaseur `a plan de masse en cuivre, mais non reconfigur´e) et une figure de m´erite exp´erimentale sup´erieure `a 250 ◦/dB une fois les pertes r´eduites.
Optimisation de l’actionnement L’interaction ´electromagn´etique doit ˆetre optimis´ee pour r´eduire la consommation. Pour repousser l’aimant entre ha=100 µm et ha=0 µm, et obtenir un d´ephasage de 100 ◦, une puissance de 1,3 mW est consomm´ee en continu. Celle-ci peut ˆetre r´eduite significativement par r´eduction de la taille (et donc du poids) de l’aimant, et par optimisation de la bobine. [106, 209]
Mont´ee en fr´equence Ce type de d´ephaseur est ultra large bande et peut fonctionner en bande W, voire plus. En revanche, la caract´erisation dans les bandes de fr´equence tr`es ´elev´ees n´ecessite des mesures sous pointes et il faut passer en coplanaire.
Conclusion En r´esum´e, nous avons donc d´emontr´e exp´erimentalement un d´ephasage de 166◦, et une figure de m´erite FOM maximale de 118 ◦/dB `a 57,5 GHz pour une longueur de d´epha- seur de 10 mm. Ce r´esultat peut ˆetre sensiblement am´elior´e en r´eduisant les pertes, qui sont essentiellement imput´ees `a l’interconnexion des plans de masse.
De mani`ere g´en´erale, l’interconnexion en post-processing entre m´etallisations sur PDMS avec d’autres conducteurs pr´esente des d´efis et est `a ´etudier plus avant.