Cette approche de conception novatrice permet aux métamatériaux d'influencer les ondes électromagnétiques, acoustiques et autres, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans des domaines aussi variés que l'optique et les télécommunications. Le rapport d'IDTechEx, « Marchés des métamatériaux 2024-2034 : Optique et radiofréquence », propose une analyse approfondie du secteur en pleine expansion des métamatériaux électromagnétiques. Ce rapport prévoit que le marché combiné des métamatériaux optiques et radiofréquences atteindra 15 milliards de dollars d'ici 2034. Cet article explore les principales applications qui stimulent la croissance du marché des métamatériaux radiofréquences (RF).

Quelle sera la taille du marché des métamatériaux radiofréquences en 2034 et quelle sera son application phare ?

Les métamatériaux radiofréquences sont conçus pour interagir avec les ondes électromagnétiques dans la gamme de fréquences de 600 MHz à 1 THz. Leurs applications potentielles couvrent les secteurs des télécommunications, de la sécurité, de l'aérospatiale, de l'automobile et de la santé. L'analyse d'IDTechEx met en lumière les principales applications dans chaque catégorie, telles que les surfaces intelligentes reconfigurables (RIS), la formation de faisceaux radar, le blindage contre les interférences électromagnétiques et la détection médicale. IDTechEx prévoit que le marché des métamatériaux RF atteindra 2 milliards de dollars d'ici 2034, les surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) contribuant à hauteur de 98 % à cette croissance.

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Que sont les surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) ?

RIS, acronyme de Reconfigurable Intelligent Surfaces (Surfaces Intelligentes Reconfigurables), est un réseau 2D de métasurfaces dont la propagation des ondes radiofréquences peut être ajustée dynamiquement en temps réel grâce à une commande programmable. Ceci permet une interaction précise avec les ondes et leur guidage vers les utilisateurs ou récepteurs cibles. Ces surfaces constituent une solution économique et peu énergivore pour améliorer significativement l'efficacité énergétique et spectrale des systèmes de communication sans fil.

Un RIS typique se compose de trois couches. La couche externe comporte de nombreuses pastilles métalliques imprimées sur un substrat diélectrique, conçues pour interagir directement avec les ondes incidentes. Une plaque de cuivre sert de couche intermédiaire, empêchant les fuites d'énergie du signal. La couche interne abrite le circuit imprimé de commande, qui gère le réglage de l'amplitude de réflexion et du déphasage de chaque élément. Ces réglages sont pilotés par un contrôleur intelligent connecté au RIS, qui utilise des composants tels que des FPGA, des diodes PIN, des résistances et d'autres circuits intégrés.

 

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Applications des RIS dans divers environnements

Les RIS peuvent être utilisées dans divers environnements pour améliorer les capacités de communication sans fil. Par exemple, dans les stations de base, la technologie RIS facilite la transmission multi-faisceaux, réduisant ainsi le besoin en antennes et augmentant la capacité de la station grâce au multiplexage des signaux de plusieurs utilisateurs. De plus, les RIS peuvent être installées sur les tours de formation de faisceaux centrales en milieu urbain extérieur afin de diriger précisément les signaux cellulaires vers des utilisateurs spécifiques, améliorant ainsi la puissance et la sécurité du signal grâce à un rayonnement électromagnétique plus ciblé. Les variantes transparentes des RIS, montées sur les fenêtres et les murs, dirigent efficacement les faisceaux autour des obstacles, améliorant la propagation du signal. En intérieur, l'intégration des RIS dans les murs et les plafonds améliore la couverture du signal, élimine les zones mortes et améliore la qualité globale du signal en redirigeant les faisceaux vers les utilisateurs, garantissant ainsi une connectivité fiable. La technologie RIS offre donc une solution polyvalente pour optimiser les performances de communication sans fil dans divers environnements.

Pourquoi la technologie RIS est-elle l'application phare ?

Les communications à haute fréquence, telles que les réseaux 5G mmWave et les futurs réseaux 6G, offrent des débits de transfert de données extrêmement élevés et une faible latence, mais souffrent de problèmes de propagation sur de longues distances et de difficultés à traverser les obstacles comme les bâtiments et la végétation. Maintenir la puissance et la qualité du signal est essentiel pour exploiter pleinement le potentiel de ces technologies sans fil avancées.

Les RIS apparaissent comme une technologie clé pour relever ces défis. Déployées de manière stratégique, elles peuvent rediriger les signaux en contournant les obstacles, éliminant ainsi les zones blanches et améliorant la pénétration du signal à travers les bâtiments, et ce, à moindre coût.

Parmi les avantages des filtres d'intermodulation (RIS), on compte la capacité d'ajuster dynamiquement les phases et les amplitudes des signaux, compensant ainsi les pertes de propagation sur de longues distances et améliorant l'efficacité et la fiabilité de la transmission des signaux dans les bandes de hautes fréquences. De plus, les filtres d'intermodulation (SIF) contribuent à améliorer le rapport signal/bruit (SINR), augmentant ainsi la puissance du signal, étendant la portée et optimisant les performances globales du réseau. Leur capacité à manipuler la propagation du signal en fait des outils essentiels pour l'optimisation des performances des réseaux de communication à haute fréquence.

Outre leurs avantages techniques, les SIF fonctionnent avec une faible consommation d'énergie et nécessitent un minimum de composants actifs, ce qui en fait des alternatives écoénergétiques aux systèmes de relais traditionnels. Leur intégration aux infrastructures existantes, telles que les façades de bâtiments, simplifie encore davantage le déploiement et réduit le coût de mise en place de réseaux de télécommunications haute fréquence robustes.

En conclusion, les RIS représentent une technologie clé pour les communications à haute fréquence dans les réseaux 5G et 6G, car elles résolvent les problèmes de propagation et optimisent les performances du signal pour libérer tout le potentiel des technologies sans fil avancées en termes de vitesse, de capacité et de fiabilité.

Auteur : Yu-Han Chang, analyste technologique principal chez IDTechEx