La spectroscopie RMN est un moyen unique d’évaluer l’environnement cellulaire in vivo. En effet, les molécules observées sont exclusivement intracellulaires, et ont en général un rôle biochimique ainsi qu’une compartimentation cellulaire spécifique. C’est donc un outil potentiellement utile pour comprendre le fonctionnement des cellules dans leur environnement. Mon travail de thèse consistait à développer de nouvelles séquences en spectroscopie de diffusion et en spectroscopie du phosphore 31.Mon premier travail a été de développer une séquence de spectroscopie de diffusion à temps de diffusion ultra-court pour observer la diffusion anormale dans le cerveau de rat. L’évolution de l’ADC en fonction du temps de diffusion montre que le transport des métabolites dans le cerveau se fait essentiellement par diffusion aléatoire et que la contribution des transports actifs (s’ils existent) est négligeable. La modélisation de ces données a mis en évidence que la spectroscopie de diffusion à court temps de diffusion était sensible à la viscosité du cytoplasme et à l’encombrement à courte échelle. Cette technique a donc été choisie lors d’une collaboration avec la firme Eli Lilly pour le suivi de souris transgéniques (rTg4510), modèle de taupathie. Les résultats préliminaires font apparaitre des différences significatives d’ADC à un stade précoce de la neurodégénérescence (3 et 6 mois). La spectroscopie RMN du phosphore 31 permet d’observer des métabolites directement impliqués dans le processus énergétique. Au cours de cette thèse, des séquences de localisation ont été développées pour pouvoir mesurer le pH intracellulaire dans le striatum de macaque. A terme, ces séquences seront utilisées pour évaluer l’utilité potentielle du pH comme biomarqueur de la neurodégénérescence dans un modèle phénotypique de la maladie de Huntington chez le macaque. / NMR spectroscopy is a unique modality to evaluate intracellular environment in vivo. Indeed observed molecules are specifically intracellular and generally have a biochemistry role and a specific cellular compartmentation. That could be a useful tool to understand cell functioning in their environment. My thesis work consisted in development of new sequence in both diffusion and phosphorus NMR spectroscopy.My first study was to develop a diffusion-weighted spectroscopy at ultra-short diffusion time to look at the anomalous diffusion in the rat brain. ADC evolution as a function of time shows that brain metabolites motion is mainly due to random diffusion and that active transport (if exist) are negligible. Data modeling evidences that diffusion at short diffusion time is sensitive to cytoplasm viscosity and short scale crowding. In collaboration with the pharmaceutical company, this technique was chosen to follow up transgenic mice (rTg4510), model of tau pathology. Preliminary results show significant differences of ADC at an early stage of neurodegenerescence (3 and 6 months).Phosphorus spectroscopy allows observation of metabolites directly implicated in energetic processes. During this thesis, localization sequences were developed to measure intracellular pH in the primate striatum. These sequences are supposed to be used to evaluate the potential of pH as a biomarker of neurodegenerescence in a phenotypic model of the Huntington disease in the non-human primate.

Thesis (doctoral)--Universität Stuttgart, 1995.

Considerant la constatada importància de mantenir els trets culturals i lingüístics d’origen de cara a una millor integració social, aquesta recerca ha tingut com a objectiu analitzar els processos d’autoidentificació de 131 joves estudiants romanesos a Catalunya, considerant si assisteixen o no al Programa de Llengua, Cultura i Civilització Romanesa. Com a tendència general, els resultats mostren que els participants s’identifiquen amb el grup romanès, català i espanyol, si bé d’una manera asimètrica. De totes les variables analitzades, les més influents en les autoidentificacions són les actituds lingüístiques, l'ús de les llengües i la intensitat de la identificació dels pares. A més a més, les autoidentificacions tenen un paper diferent a l’hora d’explicar les condicions d’adaptació a Catalunya. Per últim, també es troben clares diferències en funció de l’assistència o no al Programa de Llengua, Cultura i Civilització Romanesa. Els i les joves que hi han assistit tendeixen a manifestar més obertura cap al multiculturalisme i, tot i mantenint la identificació amb el grup romanès, la seva identificació amb el grup català sembla tenir un paper més central en el procés d'integració i adaptació. Les seves implicacions de cara a la construcció d’una societat cohesionada són discutides. / Teniendo en cuenta la constatada importancia de mantener los rasgos culturales y lingüísticos de origen de cara a una satisfactoria integración social, los objetivos de esta investigación han sido analizar los procesos de autoidentificación de 131 jóvenes rumanos escolarizados en Cataluña, considerando su asistencia o no al Programa de Lengua Cultura y Civilización Rumana. Como tendencia general, los resultados muestran que los participantes se autoidentifican con el grupo rumano, catalán y español, si bien de manera asimétrica. De todas las variables investigadas, las más influyentes sobre las autoidentificaciones son las actitudes lingüísticas, el uso de las lenguas y la intensidad de la identificación de los padres. Además, cada autoidentificación posee un diferente papel a la hora de explicar las condiciones de adaptación en Cataluña. Por último, también se encuentran claras diferencias en función de la asistencia o no al Programa de Lengua, Cultura y Civilización Rumana. Los y las jóvenes que han asistido tienden a manifestar una mayor apertura hacia el multiculturalismo y, aun manteniendo la identificación con el grupo rumano, su identificación con el grupo catalán parece tener un papel más central en el proceso de integración y adaptación. Las implicaciones de cara a la construcción de una sociedad cohesionada son discutidas. / Given the proven importance of maintaining the heritage cultural and linguistic traits for a satisfactory social integration, this investigation aimed to analyse self-identification related processes of 131 young Romanian students in Catalonia, also exploring the role of attendance at optional Romanian Language, Culture and Civilization courses. Overall, the results indicated that participants identify with all three groups – Romanian, Catalan, and Spanish, although asymmetrically. The three self-identifications were differently influenced by the variables investigated, the most influential factors being language attitudes, language use, and parental strength of identification. Further, each self-identification played a distinct role in explaining the variables associated with adapting in Catalonia. Additionally, finds varied by attendance at Romanian Language, Culture and Civilization courses. Students who attended these clases appeared to manifest greater openness towards multiculturalism and, while they maintained the Romanian identification, their Catalan self-identification seemed to have a more central role in the process of integration and adaptation. The implications for the construction of a cohesive society are discussed.

Die 31P-MRS ermöglicht die nicht-invasive Untersuchung des kardialen Energiestoffwechsels sowie die Absolutquantifizierung der Metaboliten des kardialen Energiestoffwechsels. Mit dem schnellen Siegeszug der MR-Bildgebung in der klinischen Routine im Bereich kardiologischer Fragestellungen konnte die MRS bis in die heutige Zeit hinein jedoch nicht Schritt halten. Bedingt durch technische Limitationen konnte der Einsatz der MR-Spektroskopie des menschlichen Herzens hier bisher noch nicht Fuß fassen. Eine Weiterentwicklung mit dem Ziel der Etablierung der MRS in der klinischen Routine würde der Medizin neue Wege in Diagnostik und Patientenmonitoring ermöglichen. So wäre die Entwicklung eines kombinierten MRI/MRS-Protokolles für ein kardiales Langzeitmonitoring bei Kindern/Jugendlichen sowie bei erwachsenen Patienten mit unterschiedlichen Herzerkrankungen eine lohnende Aufgabe. Nur sehr wenige Arbeiten konnten bisher Ergebnisse zum Energiestoffwechsel und den Verhältnissen und Konzentration im rechten Ventrikel liefern. Durch die Entwicklung eines verbesserten Auswertealgorithmus (CORRECT-SLIM) am Institut für Röntgendiagnostik der Universität Würzburg könnten nun erstmals neue Aussagen hierzu möglich werden. Mit CORRECT-SLIM stellen wir erstmals ein Verfahren zur Absolutquantifizierung vor, das die Kontamination des Myokards des linken und rechten Ventrikel aus Brustwandarealen reduziert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das neue Auswerteverfahren CORRECT-SLIM (Contamination Reduction in the Reconstruction with Spectral Localization by Imaging) systematisch sowohl am linken als auch am rechten Ventrikel des Herzens anzuwenden um hierdurch neue Aussagen zum Energiestoffwechsel des gesamten Herzens zu erhalten bzw. die Entwicklung und Verbesserung der bisherigen Auswerteverfahren (SLOOP) im Bereich der 31P-MRS Untersuchungen voranzutreiben. Hierzu wurden spektroskopische Untersuchungen am Myokard gesunder und kardial erkrankter Probanden durchgeführt. Die kardial erkrankten Patienten wiesen alle eine Hypertrophie des linken und/oder rechten Ventrikels auf, womit ein für die spektroskopische Auswertung erhöhtes Volumen zur Verfügung stand, was gerade im Hinblick auf die geringe physiologische Wandstärke des rechten Ventrikels erwünscht war und die Festlegung der Segmentationsgrenzen erleichterte. / 31P-MRS allows the non-invasive examination of the cardiac high-energy phosphate metabolism and furthermore the absolute quantification of the high-energy phosphor metabolites. Due to the rapid progress of the MR imaging techniques and applications in the field of cardiology it is now used as a common instrument in the all-day clinical routine. Despite of it’s rapid progress in the field of the cardiac imaging techniques the 31P-MRS couldn’t be integrated into the clinical routine until today, due to technical limitations. Integration and development of the 31P-MRS technique in the clinical routine could offer new possibilities in diagnostic approaches and patient monitoring. The development of a combined MRI/31P-MRS-protocol for a cardiovascular long-time monitoring of cardiac diseases could be of great benefit. Only few publications concerning the energy metabolism of the right human cardiac ventricle have been made until today. By the development of a new evaluation- and quantification-algorithm (CORRECT-SLIM) new findings could be possible. With CORRECT-SLIM we introduce a new method for the absolute quantification of cardiac high-energy phosphates. It reduces the contamination of the left and right ventricle signal by the skeletal-muscle of the chest wall. The aim of the following study was to evaluate the CORRECT-SLIM algorithm (Contamination Reduction in the Reconstruction with Spectral Localization by Imaging) systematically for the cardiac high-energy metabolism of the left as well as for the right ventricle of the human heart and compare it to other evaluation/quantification-methods (SLOOP). The spectroscopic analysis involved the left and right ventricle of healthy volunteers and patients with hypertrophic heart disease as well as severe aortic stenosis.

Die spektroskopische NMR-Bildgebung (Chemical Shift Imaging, CSI) kombiniert die Lokalisationstechniken der NMR-Tomographie mit der NMR-Spektroskopie und bietet so eine ortsaufgelöste metabolische Information über das untersuchte Gewebe. Mit dieser Technik können Stoffwechselvorgänge direkt und quantitativ untersucht werden. Deshalb finden die Verfahren der spektroskopischen NMR-Bildgebung in der medizinischen Forschung eine immer breitere Anwendung. Zwei Aspekte erschweren hierbei die klinische Etablierung dieser Methoden: die aufgrund der geringen Empfindlichkeit langen notwendigen Messzeiten bei dennoch geringer räumlicher Auflösung und die im Vergleich zur herkömmlichen NMR-Tomographie aufwendigere Datenauswertung. In der vorliegenden Arbeit wurden in beiden Punkten substantielle methodische Fortschritte erzielt. In einer Fallstudie mit Herzpatienten konnten erstmals die Veränderungen der Metabolitensignale auf 31P-Karten visualisiert werden. Die dabei erreichte Empfindlichkeit erlaubt auch die Untersuchung der Herzhinterwand, wobei hier die Sensitivität an der Grenze des für eine Individualdiagnostik minimal akzeptablen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) liegt. Der Einsatz höherer Grundfeldstärken in der 31P-NMR-Spektroskopie läßt einen deutlichen Empfindlichkeitsgewinn erwarten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine umfassende Vergleichsstudie zwischen einem klinischen 1,5 T NMR-Bildgebungssystem und einem 2,0 T Tomographen durchgeführt. Der beobachtete Empfindlichkeitsgewinn von 45% steht im Rahmen der Messgenauigkeit in Einklang mit einem theoretisch zu erwartenden, linearen Anstieg des SNR. Die Lokalisationseigenschaften eines ortsaufgelösten NMR-Experiments werden dadurch bestimmt, wie die der k-Raum, der Raum der räumlichen Frequenzen, abgetastet wird. Insbesondere in räumlich niedrig aufgelösten Experimenten führen die Seitenbanden der räumlichen Antwortfunktion zu Signalkontamination. Bei der Phasenkodierung kann diese Kontamination durch eine auf unterschiedlichen Mittelungszahlen beruhende Wichtung der k-Raumabtastung unterdrückt werden. Bei vorgegebener Experimentdauer und räumlicher Auflösung verringert diese Akkumulations-gewichtetete Phasenkodierung jedoch im Vergleich zum ungewichteten Experiment den abdeckbaren Bildbereich. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag deshalb auf der Entwicklung eines neuen k-Raum-Abtastschemas. Dieses Abtastschema basiert auf einer Modulation der Abtastdichte im k-Raum und wird deshalb als Dichte-Wichtung („DW“) bezeichnet. Zur Diskretisierung einer gewünschten kontinuierlichen Wichtungsfunktion dient ein neuer, nicht-iterativer Algorithmus, der aus den Eingangsparametern räumliche Auflösung und Gesamt-Akkumulationszahl ein geeignetes Abtastschema generiert. Die Lokalisations-Eigenschaften der Dichte-Wichtung wurden ausführlich analysiert und mit den etablierten Phasenkodierschemata verglichen. Die Dichte-gewichtete k-Raumabtastung kombiniert die Vorteile der Akquisitions-gewichteten Phasenkodierung mit einem maximierten Bildbereich. So kann bei kürzeren Experimentdauern ein deutlicher Gewinn an Lokalisationsqualität erzielt werden, ohne dabei die Vorteile einer reinen Phasenkodierung aufzugeben. Für die Dichte-gewichtete Phasenkodierung gibt es ein weites Anwendungsfeld. Sie wurde im Rahmen dieser Arbeit in mehreren vorklinischen Studien erfolgreich eingesetzt. Die theoretisch zu erwartenden Vorteile bezüglich der Lokalisationseigenschaften bestätigten sich experimentell. Im Bereich der spektroskopischen 31P-NMR-Bildgebung in vivo erwies sich die Dichte-Wichtung als deutlich bessere Alternative zur Akkumulations-Wichtung. Die Einfaltungen des starken Brustmuskelsignals, welche im bisher verwendeten 31P CSI Protokoll den Informationsgehalt der Metabolitenkarten beeinträchtigt hatten, konnten unterdrückt werden. In der 23Na-NMR-Bildgebung am Herzen wurde das DW Abtastschema eingesetzt, um die Verbesserung der Lokalisationsqualität durch Akquisitions-Wichtung erstmals auch in der 23Na-NMR-Bildgebung am menschlichen Herzen zu nutzen. Es konnte gezeigt werden, daß die DW Methode deutliche Vorteile im Vergleich zu den herkömmlichen Abtastungen liefert. Mit der DW Methode gelang es, 23Na-Bilder des menschlichen Herzens von bisher unerreichter Qualität zu erzeugen. Insgesamt wurde mit der Dichte-gewichteten k-Raumabtastung in der vorliegenden Arbeit eine flexible und effiziente Art der Akquisitionswichtung entwickelt. Zusätzlich zu einer deutlichen Verbesserung der Lokalisationsqualität bei optimaler Empfindlichkeit wird mit DW auch die Optimierung des abdeckbaren Bildbereichs erreicht. Somit bietet DW im Vergleich zum Akkumulations-gewichteten Experiment eine größere Flexibilität bei der Wahl der experimentellen Parameter Auflösung und Experimentdauer. Darüber hinaus ist das DW Abtastschema potentiell für jedes NMR-Bildgebungsexperiment mit niedriger räumlicher Auflösung von Nutzen. / Magnetic Resonance Spectroscopic imaging (Chemical Shift Imaging, CSI) combines the localization techniques of MRI with MR spectroscopy and therefore povides spatially resolved metabolic information of the investigated tissue. Two aspects hamper the clinical acceptance of this method: the long measurement durations and the more elaborate data evaluation. In the presented work in both aspects significant improvements were achieved. In a case study with patients after myocardial infarction the changes in the 31P metabolite levels could be visualized. In combination with an automated data evaluation the acceptance of spectroscopic 31P MRI will be improved. Higher field strengths can improve the sensitivity in MRI. In an extended volunteer study a gain of 45% in sensitivity could be achieved at a field strength of 2.0 T compared to the clinically established 1.5 T. The localization properties in a spatially resolved NMR experiment are determined by the way how the k-space, representing the spatial frequencies that are acquired, is sampled. In particular in experiments with low spatial resolution, the sidebands of the spatial response function result in severe signal contamination. In phase-encoded expeiments this contamination can be suppressed by variable accumulation numbers at different positions in k-space. However, this results in a reduced spatial coverage in image space. The main goal of this work was the implementation of a new k-pace sampling scheme, that is based on the variation of the sampling density and is therefore referred to as "Density-weighting". To generate the discrete sampling matrix a new, non-iterative algorithm was developed, that calculates the sampling scheme from the input parameters spatial resolution and total number of accumulations. The new ampling scheme was extensively analyzed and compard to the established schemes. Density-weighting combines the advantages of Accumulation-weighting with a maximized field of view. At shorter experiment durations and maintained optimal sensitivity a significant improvement in image quality could be achieved. In several applications of cardiac spectroscopic MR imaging the advantages could be demonstrated.

L’objectif de cette thèse est de proposer des méthodes de localisation de mobiles en environnement urbain pour des applications de sécurité civile. Le système de localisation doit alors être basé sur un réseau de récepteurs indépendant de celui des stations de base et autres mobiles. L’objectif visé est de pouvoir localiser avec précision un mobile dans une zone limitée. Pour répondre à ce besoin de localisation ponctuel et immédiat, on considère qu’au plus deux récepteurs (RS) peuvent être déployés. Ces RS sont équipés de réseaux d’antennes permettant l’extraction, par un algorithme de haute résolution (HRA), des caractéristiques géométriques du canal utilisées pour la localisation. L’algorithme de localisation proposé, basé sur une technique d’identification d’empreintes, emploie un modèle de canal déterministe de lancer de rayons. Une caractérisation multidimensionnelle du canal de propagation a d’abord été effectuée pour confronter le modèle avec les canaux expérimentaux. L’algorithme de localisation est testé dans des environnements de synthèse afin de prédire les erreurs de localisation engendrées par l'HRA. Il est ensuite validé expérimentalement sur des configurations de propagation volontairement défavorables. Une approche originale basée sur la diversité de polarisation permet d'améliorer la précision de localisation. Si pour des raisons stratégiques ou financières, il n'est pas envisageable d'utiliser deux RS, un second algorithme de localisation est proposé afin de réduire la zone à explorer en n’utilisant qu’un RS mobile. Il se base sur une technique de tracé de rayons inverse et intègre une phase d’identification des rayons diffractés du canal. / The objective of this thesis is to propose mobile localization methods in urban environments for civil safety/security applications. The localization system must be based on a dedicated network of receivers, independent of the provider base stations and mobiles. The purpose is to accurately locate a mobile in a limited area. To meet this punctual and immediate need of localization, it was considered that at most two receivers (RS) equipped with antenna arrays can be deployed. This allows the extraction of the geometrical characteristics of the channel used for localization by a high resolution algorithm (HRA). The proposed localization algorithm is based on a fingerprinting technique and uses a deterministic ray tracing channel model. First, an experimental multidimensional characterization of the propagation channel was performed to compare with experimental channels. The localization algorithm is tested for synthetic environments in order to predict the localization errors caused by the HRA. Then, it was experimentally validated with deliberately unfavorable propagation configurations, encountered with typical scenarios. An original approach based on polarization diversity allows improving the localization accuracy. If for strategic or financial reasons, it is not possible to use two RS, a second localization algorithm is proposed to reduce the area to be explored, using only one mobile RS. It is based on a reverse ray tracing approach and includes a phase of identification of the diffracted rays of the channel.

Une meilleure compréhension des phénomènes de propagation de canal radio est la clé pour améliorer la performance globale des systèmes de communications sans-fil. Ceci est particulièrement vrai pour les environnements où sont observés de forts mécanismes de diffusion. Néanmoins, les modèles récents de canal radio n’incluent pas le diffus et doivent être réévalués en conséquence. Dans cette thèse, il est proposé de décomposer le canal radio polarimétrique MIMO en une composante multi-trajets spéculaire (SMC) et dense (DMC), cette dernière incluant le diffus et les faibles SMC. L’objectif de cette décomposition est de caractériser la contribution de la DMC et de développer un cadre de modélisation complet; cadre qui a été appliqué à deux scénarios de propagation présentant des mécanismes sévères de diffusion : milieu industriel et milieu végétal. Ici, des nouveaux modèles polarimétriques ont été développés et validés à partir de canaux radio mesurés. De plus, un algorithme de clustering basé sur la distance entre composante multi-trajets (MCD) a été proposé pour regrouper les SMC estimés. La performance et la robustesse de cet algorithme ont été comparées avec l’algorithme K-means MCD à partir de données générées par le modèle de canal WINNER II. L’algorithme validé a ensuite été directement appliqué aux scénarios avec l’hypothèse que la DMC est présente ou pas dans le modèle de données. Les résultats montrent sans ambiguïtés que les modèles proposés permettent non seulement une meilleure compréhension des mécanismes de propagation mais également que les modèles de canal radio sans DMC peuvent potentiellement induire en erreur l’interprétation de ces mécanismes. / A deeper understanding of the radio channel propagation phenomena is the key to improve the overall performance of wireless communication systems. This is particularly true for challenging propagation environments wherein strong diffuse scattering mechanisms are observed. However, the most recent radio channel models do not include this component and must be re-evaluated. In this thesis, it is proposed to decompose the polarimetric MIMO radio channel into specular and dense multipath components (SMC and DMC) where DMC includes diffuse scattering and weak SMC. The purpose of this decomposition is to investigate the contribution of DMC to the radio channel and develop a comprehensive modeling framework; framework which has been applied to two propagation scenarios presenting strong diffuse scattering mechanisms: indoor industrial and outdoor vegetation. Here, novel polarimetric models have been developed and validated from measured radio channels. Moreover, a multipath component distance (MCD)-based automatic clustering identification algorithm is proposed to group SMC obtained from measured radio channels. Its performance and robustness are compared with the K-means MCD algorithm using cluster data simulated by the WINNER II channel model. The validated clustering algorithm was then directly applied onto data which were estimated from the measured radio channels with or without DMC in the radio channel data model. The results unambiguously demonstrate that the proposed models not only provide a better understanding of the propagation mechanisms but also that radio channel models without DMC could potentially mislead the interpretation of those mechanisms.

Pour atteindre avec la 4G des débits théoriques supérieurs à 100 Mb/s et espérer pouvoir multiplier par 20 l’efficacité énergétique des futurs réseaux 5G, toute la richesse du canal de propagation doit être exploitée. Cet axe de recherche innovant d’optimisation de la couche physique de la communication se base sur la caractérisation multidimensionnelle « temps réel » du canal. Cette notion de "temps réel" signifie que toutes les dimensions spatiales (à l'émission et à la réception), temporelle, fréquentielle et polarimétrique seront explorées simultanément pour s'assurer des conditions de stationnarité du canal pendant la mesure. Le sondeur associé, objet de la thèse, doit également être capable de s’adapter à différents scénarii de propagation, y compris à un contexte de haute mobilité pour une liaison sol-sol entre trains à grande vitesse par exemple. Le système qui a ainsi été développé à l'aide de composants numériques programmables, fournit avec un temps de latence inférieur à quelques dizaines de µs et sans post traitement, 128 fonctions de transfert associées à un canal MIMO (8,16) dans 80 MHz de bande, la durée du signal transmis étant de 150 µs. Sa reconfigurabilité aisée lui confère l'originalité d'être multi fonctions pour s'adapter aux challenges à venir. Citons par exemple la cybersécurité des communications sans fil pour laquelle l'équipement aura les rôles de système de communication, de générateur d'interférences et de sondeur de canal.Dans le cadre de la localisation, via leur téléphone portable de personnes situées en forêt, les résultats des campagnes de mesures menées avec le sondeur soit au sol, soit embarqué dans un ULM, sont également décrits. / To be able to reach a bit rate higher than 100Mb/s with 4G systems and to multiply by 20 the energy efficiency of future 5G networks, all the propagation channel richness must be exploited. This innovative research area dealing with the physical layer optimization is based on the multidimensional channel characterization in "real time". This concept of “real time” means that space, time, frequency and polarimetric dimensions are explored simultaneously to ensure stationarity conditions of the channel during measurements. The channel sounder, subject of the thesis, must also be able to adapt to different scenarios of propagation, including a context of high mobility as, for example, in the case of a communication between high-speed trains. The system that has been developed, based on programmable digital components, allows measuring in a 80Mz bandwidth, 128 transfer functions associated with a (8,16) MIMO channel in less than a few tens of µs and without post-processing. The duration of the transmitted signal is 150 µs. Another originality of this sounder is its easy reconfigurability and its multi-function ability. For example, for studying cyber security of wireless communications, it would play the role of communication system, interference source and channel sounder. In the frame of localization of people in forest owing to their mobile phone, results of channel characterization conducted with the sounder placed either on the ground, or in an ULM, are also described and analyzed.

Des sources et des détecteurs ont été développés récemment pour les fréquences térahertz (THz) mais de nombreux composants passifs sont encore manquants. C’est le cas des composants non-réciproques (NR) qui sont indispensables pour la protection et la stabilisation des sources cohérentes. Dans cette thèse on étudie un nouveau concept d’isolateur THz, basé sur la combinaison d'une résonance plasmonique de surface (SP) avec un matériau à forte gyrotropie dans la gamme THz. Nous utilisons un matériau ferrite de type magnétoplumbite hexagonale, sa gyrotropie résulte d'effets gyromagnétiques dus à la précession de ses moments magnétiques à la fréquence de Larmor autour du champ magnétique interne. Il en résulte une perméabilité tensorielle dont les éléments non-diagonaux opposés induisent une réponse NR. Le fort champ interne d'une hexaferrite mène à une fréquence Larmor proche de la gamme millimétrique. Les permittivités et perméabilités diagonales ont été déterminées par analyseur de réseau vectoriel (VNA) avec un fenêtrage temporel. La gyrotropie et l’anisotropie THz ont été mesurées par spectroscopie dans le domaine temporel (TDS). Les mesures confirment les fortes valeurs attendues, un isolateur de Faraday THz a été conçu et mesuré. D’autre part, un miroir magnéto-plasmonique NR a été conçu, il est basé sur la combinaison du gyromagnétisme THz de l’hexaferrite avec les résonances SP à la surface d’un réseau métallique sub-longueur d'onde. Ces résonnances ont été démontrées expérimentalement et sont en accord avec les simulations. A proximité des résonances SP le dispositif se comporte comme un miroir unidirectionnel. / A key element to protect coherent sources and achieve desired power stability and spectral purity is an isolator, which in THz range has no effective solution. In this thesis, a novel design of THz isolating device based on a one-way reflecting surface is proposed. It combines gyrotropy with surface plasmon (SP) resonance phenomena and requires thus a sufficiently strong THz gyrotropic material. In the last decades a ferrite material with a hexagonal magnetoplumbite structure was created. Gyrotropy in this material is a result of gyromagnetic effects occurring when magnetic dipole moments precess nonreciprocally (NR) at Larmor frequency around an internal magnetic field. Permeability acquires a tensorial form and its unequal off-diagonal elements are responsible for NR behavior. The strong internal field in hexaferrites results in a Larmor frequency close to the mm-wave range. Foremost the diagonal permittivity and permeability elements have been characterized by time-windowed Vector Network Analyzer (VNA). Their strong gyrotropic and anisotropic properties in THz range are then investigated by a magneto-optical Time-domain spectrometry. The obtained strong gyrotropic spectra prove their unique potential for THz NR applications, as shown by an original Faraday isolation measurement using a VNA, and by first designs of a NR magnetoplasmonic mirror using the fitted material parameters. It combines strong hexaferrites gyrotropy with SPs resonances formed due to a metal grating present at the ferrite surface. The SPs excitation in THz is demonstrated numerically and experimentally with a strong agreement. Close to SPs resonance frequencies the device acts as a one-way mirror.

No description available.