Apprenti en électromagnétisme et métasurfaces variables dans le temps pour les communications spatiales F/H

Fonction : Apprenti-e en électromagnétisme et métasurfaces variables dans le temps pour les communications spatiales

Corps : Apprenti-e

Durée : 2 ans ; à pourvoir à compter de Décembre 2026

Diplôme préparé : Master

Mission principale :

Les matériaux variables dans le temps sont des milieux artificiels volumiques ou des surfaces caractérisés par des changements rapides de leurs propriétés électromagnétiques, tout en étant associés à un phénomène plus lent. Les systèmes variables dans le temps promettent de nouvelles applications qui surpassent les performances des systèmes stationnaires, telles que les convertisseurs de fréquence, les surfaces non réciproques et, plus important encore, les amplificateurs paramétriques [1,2].

Ces derniers sont potentiellement importants pour les communications par satellite. Le nombre croissant de satellites en orbite terrestre basse (LEO) transforme radicalement les communications mondiales, plusieurs projets commerciaux visant à fournir un accès Internet à haut débit dans le monde entier. Un composant crucial de cette technologie est l'amplificateur, dont l'objectif est d'assurer une transmission de signaux à haute puissance et sans distorsion [3,4]. Les amplificateurs pour satellites LEO sont confrontés à des défis uniques, notamment la nécessité de conceptions compactes et légères, d'une efficacité énergétique élevée et d'une faible consommation d'énergie, tout en étant évolutifs et rentables afin de soutenir les grandes constellations de satellites. L'absence de transistors dans les applications de matériaux variables dans le temps pourrait conduire à des composants hautement efficaces avec une consommation d'énergie réduite. De plus, les métasurfaces pourraient constituer une excellente plateforme pour la réalisation de dispositifs variables dans le temps, en raison de leur faible coût et de leur facilité d'installation, grâce à leur profil compact et plan [5]. La conception de tels amplificateurs paramétriques utilisant des matériaux variables dans le temps pourrait libérer le potentiel des satellites LEO et faire progresser la connectivité mondiale.

Activités :

• Étude de différents résonateurs de métatériaux variables dans le temps
• Optimisation de l'amplification paramétrique
• Simulations et optimisation de métasurfaces variables dans le temps
• Participation aux expériences

Compétences développées : Au cours de son apprentissage, l'étudiant.e consolidera ses compétences théoriques en modélisation de circuits, en développement multipolaire, en fonctions de Green, en problèmes aux valeurs propres, en théorie de la diffusion et en outils d'optimisation (optimisation par essaim de particules, algorithmes génétiques, etc.). De plus, il/elle approfondira sa compréhension des concepts modernes liés aux métasurfaces, aux métatériaux et aux milieux variables dans le temps. L'apprenti.e acquerra également une solide expérience dans l'utilisation de COMSOL Multiphysics, un logiciel commercial de simulation numérique. En outre, il/elle valorisera son parcours grâce à une expérience pratique des processus de fabrication et de mesure. Enfin, l'apprenti.e fera ses premiers pas dans la préparation d'articles scientifiques destinés à des conférences ou à des revues spécialisées.

Plan de travail provisoire pour les deux prochaines années :

Semestre S1 : Étude de différents résonateurs de métatériaux: Jusqu'à présent, au sein de l'équipe OP, nous avons calculé les polarisabilités d'un EC-SRR variable dans le temps à l'aide d'un modèle de circuit [10]. Cependant, d'autres types de résonateurs [11] pourraient s'avérer plus pratiques pour des applications d'amplificateurs paramétriques. Ainsi, sous la direction de l'équipe, l'apprenti.e utilisera les méthodes développées ci-dessus pour les calculer, soit par calcul direct des paramètres LC [12], soit par extraction numérique. L'apprenti·e validera ensuite ses résultats via COMSO.

Semestre S2 : Optimisation de l'amplification paramétrique: Sur la Fig.2 - droite, nous avons identifié les zones de fonctionnement de l'amplification. La méthodologie pour trouver ces positions étant connue pour l'EC-SRR (et potentiellement pour d'autres résonateurs), l'apprenti.e utilisera des méthodes d'optimisation sans gradient pour ajuster les dimensions du résonateur afin d'obtenir une amplification pour des combinaisons spécifiques de fréquence et d'amplitude de modulation.

Semestre S3 : Simulations et optimisation de métasurfaces variables dans le temps: Au cours de la deuxième année de l'apprentissage, et une fois que l'équipe OP aura développé et validé le modèle de métasurface variable dans le temps, l'apprenti.e utilisera ce modèle pour d'autres types de résonateurs constitutifs ou de types de réseaux. Tous les résultats seront validés par des simulations à l'aide de COMSOL. L'apprenti.e utilisera également les méthodes développées pour identifier les points d'amplification avec des métasurfaces variables dans le temps et optimisera leur position.

Semestre S4 : Participation aux expériences: Une fois la preuve de concept de l'amplificateur paramétrique conçue, l'apprenti.e participera au processus de fabrication et aux mesures de cette preuve de concept sur le site de SU à Saint-Cyr.