Les métamatériaux à indice de réfraction négative ont attiré énormément l'attention ces dernières années surtout à cause de leurs propriétés électromagnétiques uniques. Ces matériaux sont des structures artificielles qui présentent des caractéristiques n'étant pas disponibles en matériaux naturels. Récemment, le développement technologique avec de nouvelles techniques de fabrication offrent un grand nombre de nouvelles application et développement de nouveaux matériaux. Il est possible d'obtenir un métamatériau en combinant des structures artificielles périodiquement. Les propriétés uniques du Split Ring Resonator (SRR), les Surfaces à Haute Impédance (HIS), les Surface Sélective en Fréquence (FSS) sont étudiées ainsi que les métamatériaux composés. Il a été démontré avec succès l'utilisation pratique de ces structures dans les circuits et les antennes. Il a été confirmé expérimentalement que les métamatériaux pourrait améliorer la performance des structures considérées dans cette thèse, pour des fréquences où la bande interdite électromagnétique se produit.

Depuis la fin des années 1980, les structures électromagnétiques à bandes interdites (EBG) et les structures à plan de masse usinée (DGS) ont attiré l'intérêt de beaucoup de recherche dans l'électromagnétisme et tout particulièrement dans le domaine de la télécommunication. Leurs intégrations miniaturisées et leurs propriétés électromagnétiques particulières présentent de fort intérêt en termes de suppression d'ondes électromagnétiques de surface et de coupe-bandes pour des fréquences bien déterminées. Dans ce manuscrit, nous allons développer des filtres reconfigurables miniaturisés pour des systèmes de communication sans fil. Dans un premier temps, un état de l'art des structures électromagnétiques à bandes interdites sera exposé afin de distinguer les avantages et les inconvénients pour des applications souhaitées. La première étude se portera sur une structure périodique multicouche unidimensionnelle en utilisant la théorie de l'onde couplée et le formalisme de l'onde de Block. Comme les structures à base d'EBG sont difficiles à modéliser à cause de leurs nombreux paramètres de conception, les motifs à base de DGS attirent de plus en plus l'intérêt de plusieurs chercheurs. Effectivement, ceux-ci peuvent offrir les avantages des structures à base d'EBG tout en gardant une modélisation simplifiée. . Dans une deuxième partie, notre étude se portera sur les différentes techniques de modélisation électromagnétique sur des structures DGSs, en s'appuyant sur des modèles électriques équivalents LC, le RLC et circuit p - etc&. A partir de ces modèles développés, des filtres passe-bande d'ordre trois sont conçus et simulés sur des lignes de transmission de type micro-rubans et coplanaires (CPW). Dans une troisième partie, un résonateur reconfigurable à base de DGS pour filtre multi coupe-band est présentée sur une gamme de fréquence 0 - 11 GHz en technologie CPW. La structure est composée de trois commutateurs de type "MEMS'' qui permettent d'obtenir quatre configur ations différentes. Dans notre démarche de conception, les commutateurs sont d'abord considérés comme idéaux, c'est-à-dire que le commutateur est représenté par un état non actif (OFF) où par un état actif (ON). Dans chaque configuration, la structure a été modélisée en utilisant un circuit RLC en parallèle. Après fabrications, les mesures et les simulations présentent une excellente concordance. Ensuite, un résonateur a été réalisé à base de diodes PIN pour remplacer les commutateurs pour obtenir une agilité du système. Des mesures seront présentées dans cette partie. Une autre possibilité est d'utiliser un DGS pour la réalisation de filtres passe-bande. Dans cette partie, deux applications des DGSs sont présentées. La première est un filtre passe-bande compact à couplage inductif implémenté à base d'une cellule DGS à 5GHz. Ensuite, pour valider notre théorie, un filtre d'ordre deux est implémenté à la même fréquence suivi d'un filtre passe-bande reconfigurable en utilisant cette structure DGS. En utilisant un commutateur MEMS, la structure se transformerait d'une structure à une seule résonance à 5GHz à une structure à résonances multiples à 2.8GHz et 8GHz. La deuxième application concerne l'amélioration du filtre de résonateur en anneau. Ce type de filtres, pourtant qu'il possède des caractéristiques attrayantes, souffre de deux inconvénients majeurs qui limitent son utilisation dans des applications réelles. Le premier inconvénient réside dans sa grande taille due aux stubs d'accordement, alors que le deuxième concerne l'existence des modes d'ordres supérieurs, ce qui limite la réjection hors bande. Le but de ce manuscrit est de proposer quelques solutions pour réduire la taille et d'augmenter la bande de réjection du filtre, tout en gardant ses performances globales (largeur de bande passante, la bonne réjection et de faible pertes d'insertion. Afin de faire ainsi, deux approches sont considérées. La première approche est au niveau du design du filtre, pa r une conception économisant l'espace occupé par les stubs d'accordement, alors que la deuxième est au niveau de la propagation des ondes, par l'exploitation des propriétés des DGS. Pour les futurs travaux, nous proposons la réalisation de nos structures sur des substrats de silicium en utilisant des commutateurs MEMS afin d'améliorer les performances du filtre ainsi que leurs réalisations sur des matériaux ferroélectriques en vue d'une accordabilité.

En électromagnétisme les structures périodiques suscitent un grand intérêt. Ces structures agissent ainsi comme des filtres fréquentiels et permettent la fabrication de méta-matériaux, composites et artificiels. Elles présentent des propriétés électromagnétiques inédites pour les matériaux naturels telles que des bandes interdites. On a ainsi pu fabriquer de nouveaux dispositifs permettant de guider, de focaliser ou de stopper la propagation. C'est par exemple utile pour éviter le couplage entre différents éléments rayonnants notamment via la caractérisation des ondes de surface qui se propagent à l'interface entre l'air et la structure périodique. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et propose une description de la méthode des éléments finis dédiée à la caractérisation des structures périodiques. La modélisation numérique aboutit à des problèmes de valeurs propres de grandes tailles. Elle implique la résolution de systèmes linéaires composés de matrices creuses. Une méthode est abordée pour résoudre ce type de problème, en optimisant et combinant différents algorithmes. Avant d'aborder les différents aspects de la méthode développée, nous établissons une liste exhaustive de l'ensemble des méthodes qui existent en énonçant leurs avantages et leurs inconvénients. Nous constatons notamment que la méthode des éléments finis permet de traiter un large éventail de structures périodiques en trois dimensions sans limitation sur leur forme géométrique. Nous présentons alors les différentes formulations de cette méthode. Ensuite les aspects algorithmiques de la méthode sont détaillés. Nous montrons notamment qu'une analyse des paramètres de résolution permet de préciser les interprétations physiques des résultats obtenus. Finalement nous présentons les performances de notre outil sur des cas d'applications issus de la littérature et nous abordons la caractérisation des ondes de surface. Pour cela, l'étude d'un réseau d'antennes patchs insérées dans des cavités métalliques est conduite. Notons pour conclure que les études conduites au cours de cette thèse ont abouti à la production d'un code utilisable dans un environnement de calcul initialement présent à l'ONERA.