Télécommunications par retournement temporel dans les environnements complexes

Laboratoire Ondes et AcoustiqueESPCI – CNRS – Université Paris 7

Geoffroy LeroseyJulien de RosnyArnaud TourinArnaud DerodeMathias Fink

Imagerie et thérapie médicales

Contrôle non destructif et instrumentation

Domotique et

objets interactifs

Ondes en milieux complexes

Acoustique sous-marine

Télécommunications

Le laboratoire Ondes et Acoustique

Réciprocité spatiale Invariance par renversement du temps

2

2

2

10

grad p pr div

r c r t

t0

t1 t0

t1

p r t, p r t,

Le retournement temporel en acoustique

,p r t ,p r t

Source

TransducteursPhase d ’enregistrement

D. Cassereau, M. Fink, 1992

Le retournement temporel en acoustique

TransducteursPhase de ré-émission

Le retournement temporel en acoustique

Signaux retournés temporellement

?

Source

MRT

80 mm

fc=3.2 MHz

Le retournement temporel en acoustique

Temps (µs)

20 40 60 80 100 120 140 160

Am

plit

ude

Am

plit

ude

20 40 60 80 100 120 140 160

20 40 60 80 100 120 140 160

Am

plit

ude

Signal transmis dans l’eau reçu

sur le transducteur 64

Signal transmis à travers les tiges

reçu sur le transducteur 64

Signal reçu au point source

« 1 bit d’information »

Le retournement temporel en acoustique

Récepteur

Signaux retournés temporellement

Eau (espace libre)

cm

-3 -2 -1 0 1 2 3-25

-20

-15

-10

-5

0

Distance from the source (mm)

dB

dB

Résolution à -12 dB : 35 mm / 1 mm !!

Milieu désordonné

Le retournement temporel en acoustique

Retournement temporel électromagnétique

Polarisation

Fréquence f0=2.45 GHz

s(t)

LP

LP

Démodulateur I/Q

tω 0cos

tω 0sin

tmI

tmQ

tωtmtωtm=ts QI 00 sincos

RT de la bande de base + conjuguaison de phase de la porteuse

tωtmtωtm=ts QI 00 sincos

)(),()(),( tBtEtBtE

1er prototype : bande passante 10 MHz, 1 antenne, cavité réverbérante

G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, M. Fink, “Time Reversal of electromagnetic waves”, Phys. Rev. Lett. 92, 193904 (2004)

Retournement temporel électromagnétique

2e prototype : bande passante 200 MHz, 8 antennes, cavité “maison”G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, M. Fink, "Time Reversal of Wideband Microwaves", accepté pour publication dans App. Phys. Lett.

Schéma de principe

2 channel generator

Tektronix AWG520

IQModulator

RFMD2480

I channel Q channel

PA Switch

PLL+DDSAD9956

f0=2.45 GHz

20 MHzGenerator

Switch

Scope TDS6604Acquisition

Computer

Numerical demodulation

Time Reversal

LNA

Trigger Link

Trigger Link

MRT Réception

1 Gs/s.

250 MHz

20 GS/s.

Cible

Exemple de réponse impulsionnelle

• Impulsion gaussienne (durée 10 ns) sur la voie I

• =160 ns

Temps (ns)

RMSA

mp

(m

V)

Compression temporelle

RSB

antennesN

pulse

rms

RSB

RT = égalisation

Focalisation spatiale

• Monopoles

• Plan de masse

• Faible couplage

• MRT avec 8 antennes

Focalisation spatiale

Mesure

Théorie

Distance ()

Tache focale

Sécurité de la transmission

Communication simultanée vers plusieurs utilisateurs

dans la même bande passante

Conclusion

• RT électromagnétique

• Complexité du milieu

• Effet de la polarisation

• Développement d’un prototype plus large bande

• Expériences de communication

• Apport en terme de Capacité

• Non-stationnarité du canal

• Comparaison avec les techniques existantes

Projet MIRTEC