Thèse Métasurfaces à Modulation Spatio-Temporelle pour une Architecture Radar Simplifiée de la Cellule au Démonstrateur Bistatique H/F Doctorat.Gouv.Fr

L'objectif de cette thèse est d'étudier une architecture radar basée sur les métasurfaces spatio-temporelles (STM), récemment proposée [6]. Dans ce radar bistatique, les chaînes de réception et d'émission peuvent toutes deux être remplacées par une métasurface spécifique. Côté récepteur, le traitement analogique du signal permet de réduire le recours à des convertisseurs analogiques-numériques (ADC) à haute vitesse, tandis que, côté émetteur, les formes d'onde peuvent être modifiées en temps réel. Les axes de recherche possibles comprennent, sans s'y limiter, les métasurfaces à polarisation complète, les formes d'onde de bruit et la pré-distorsion. Les principaux obstacles technologiques devront être identifiés afin d'évaluer les cas d'utilisation les mieux adaptés à cette technologie novatrice (véhicules, drones, etc.).

Références
[1] J. B. Pendry, « Negative refraction makes a perfect lens » (2000).
[2] D. Schurig et al., « Metamaterial electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies » (2006).
[3] Y. Dong and T. Itoh, « Metamaterial-based antennas » (2012).
[4] T. J. Cui et al., « Coding metamaterials, digital metamaterials and programmable metamaterials » (2014).
[5] L. Zhang et al., « Space-time-coding digital metasurfaces » (2018).
[6] S. R. Wang et al., « Simplified radar architecture based on information metasurfaces » (2025).
Les métasurfaces programmables (Cui et al., 2014) commutent localement l'état de chaque cellule/atome : c'est la modulation spatiale. Zhang et al. (2018) ont ajouté la dimension temporelle : la métasurface à codage spatio-temporel contrôle direction et contenu harmonique de l'onde réfléchie. Depuis, ces surfaces servent aux communications sans fil, à la détection conjointe communication-capteur et plus récemment au radar (Wang et al., 2025).
Le passage du concept à un radar opérationnel reste ouvert. Les démonstrations reposent sur des modèles de cellule/atome simplifiés. Les performances radar classiques (résolution, dynamique, lobes secondaires, portée) sont rarement quantifiées face à une architecture conventionnelle. La thèse s'inscrit dans cette transition, au croisement de la modélisation électromagnétique, de la mesure et du traitement radar. 1. Construire un modèle électromagnétique full-wave de la métasurface STM : modélisation de réponse réelle des diodes, couplage entre cellules/atomes. Le valider en full-wave et en mesure.
2. Concevoir les formes d'onde à l'émission et le traitement analogique à la réception: chirp/déchirp, formes d'onde et bruit, pré-distorsion, codage.
3. Explorer la diversité de polarisation par une métasurface STM.
4. Réaliser et mesurer un démonstrateur radar bistatique en chambre anéchoïque.
5. Comparer ses performances à celles d'un radar conventionnel et définir les cas d'usage adaptés. 1. État de l'art et modèle de référence. Étude bibliographique. Reproduction du système de l'architecture de Wang et al. (2025). Conception d'une cellule unitaire et caractérisation full-wave (CST, HFSS) de ses états.
2. Modélisation réaliste et formes d'onde. Modèle multiport de la surface intégrant diodes et couplage. Calcul du spectre harmonique réel. Étude des formes d'onde chirp et impact du bruit.
3. Réalisation et mesure. Fabrication de prototypes émission et réception, commande par FPGA. Mesures en chambre anéchoïque : diagrammes par harmonique, spectre, réponse impulsionnelle. Confrontation modèle-mesure.
4. Évaluation radar et synthèse. Mesure de cibles calibrées. Résolution, dynamique, lobes secondaires, portée. Comparaison à une chaîne conventionnelle. Identification des cas d'usage. Rédaction.