Newswise — Une mauvaise réception sans fil, le bruit dans le signal radio ou une mauvaise visibilité dans le brouillard – tous ces désagréments sont liés au fait que des ondes telles que la lumière visible ou les signaux micro-ondes sont déviées et réfléchies par de nombreux obstacles désordonnés. TU Wien à Vienne (Autriche) et l’Université de Rennes (France) ont maintenant développé conjointement une méthode surprenante pour éliminer complètement les réflexions des ondes.
La méthode permet le calcul d’une structure antireflet sur mesure. Il peut être utilisé, par exemple, pour concevoir une couche supplémentaire sur un mur qui n’est que partiellement perméable à un signal sans fil afin que le signal entier puisse être canalisé à travers le mur sans réflexions.
Jusqu’à présent, il n’était même pas clair sur le plan théorique qu’une telle chose était possible – maintenant, l’équipe de recherche a pu présenter une méthode de calcul pour cela et l’a également testée avec succès dans une expérience : des micro-ondes ont été envoyées à travers un complexe, labyrinthe désordonné d’obstacles, puis la structure antireflet correspondante a été calculée et placée devant les obstacles de l’expérience – la réflexion a pu disparaître presque complètement : aucune des ondes ne retournait du côté d’où elles avaient été injectées.
Un revêtement antireflet pour presque tout
“Vous pouvez le considérer comme étant similaire au revêtement antireflet de votre paire de lunettes”, déclare le professeur Stefan Rotter de l’Institut de physique théorique de la TU Wien. “Vous ajoutez une couche supplémentaire à la surface des verres, ce qui fait que les ondes lumineuses passent mieux dans vos yeux qu’auparavant – la réflexion est réduite.”
Avec des lunettes conventionnelles, cela reste une technologie relativement simple et standard. C’est beaucoup plus difficile lorsqu’il s’agit d’un milieu désordonné dans lequel une onde est diffusée et déviée à plusieurs reprises jusqu’à ce qu’elle trouve son chemin hors d’un tel labyrinthe par des chemins compliqués. Une vitre trouble ou un morceau de sucre entre dans cette catégorie – ou même un mur en béton sur lequel un signal radio arrive. Les ondes sont dispersées en de nombreux points de sorte qu’une partie seulement d’entre elles passe à travers, le reste est réfléchi ou absorbé par le mur.
Mais il s’avère maintenant que même avec une diffusion complexe des ondes, il est possible de trouver un « revêtement » qui empêche toute réflexion. “Tout d’abord, il suffit d’envoyer certaines ondes à travers le support et de mesurer exactement de quelle manière ces ondes sont réfléchies par le matériau”, explique Michael Horodynski (TU Wien), le premier auteur de la publication actuelle. “Nous avons pu montrer que cette information peut être utilisée pour calculer une structure de compensation correspondante pour tout milieu qui diffuse les ondes de manière complexe, de sorte que la combinaison des deux milieux permette aux ondes de passer complètement. La clé de cela est un calcul mathématique. méthode que nous avons développée pour calculer la forme exacte de cette couche antireflet.”
Expériences avec des micro-ondes
Dans la mise en œuvre expérimentale de cette nouvelle méthode réalisée à Rennes, des micro-ondes ont d’abord été envoyées à travers un guide d’ondes métallique dans lequel les ondes sont diffusées par des dizaines de petits objets en métal et en téflon placés de manière totalement aléatoire et désordonnée. Environ la moitié seulement du rayonnement micro-ondes atteint l’autre côté, le reste est réfléchi.
Après avoir mesuré avec précision le comportement de diffusion de ce système, il a été possible d’utiliser la méthode nouvellement développée pour calculer quels points de diffusion supplémentaires forment une “couche antireflet” parfaite pour exactement ce système aléatoire.
Et en effet : si les ondes sont d’abord envoyées à travers la région antireflet avec les points de diffusion supplémentaires optimisés mathématiquement, puis voyagent à partir de là à travers la région avec les diffuseurs disposés de manière aléatoire, elles finissent à cent pour cent de l’autre côté – aucune onde ne revient à le point de départ et la réflexion sont négligeables ; et cela est vrai pour toute forme d’onde qui frappe la structure antireflet.
Des signaux sans fil au microscope
Le fait qu’il soit possible de compenser la diffusion des ondes par une diffusion supplémentaire ouvre des possibilités dans des domaines très différents : la technologie pourrait être utile non seulement pour une meilleure réception sans fil, mais aussi pour les techniques d’imagerie, par exemple en biophysique. La dynamique des ondes et la diffusion des ondes joueront également un rôle majeur dans la 6G, la prochaine génération de communications mobiles après la 5G : on pourrait réduire l’intensité des signaux radio mobiles si l’on parvient à les envoyer le long de chemins appropriés de l’émetteur au récepteur avec aussi peu réflexion possible.
