Les métamatériaux sont des matériaux artificiels devenus très attractifs du fait de leurs propriétés électromagnétiques atypiques. Les structures CRLH (Composite Right Left-Handed) à ondes de fuite en particulier, permettent d’effectuer un balayage angulaire très important sur une large bande passante. Toutefois l’état de l’art montre qu’il faudrait un très grand nombre de cellules pour atteindre une efficacité de rayonnement acceptable. Vue la demande récurrente des nouveaux systèmes de transmission d’avoir des antennes de faible encombrement, il serait plus intéressant de trouver de nouvelles architectures d’antennes utilisant ces structures CRLH. L’objectif de la thèse est en premier lieu d’avoir une connaissance approfondie du comportement électromagnétique des structures CRLH. Afin de tirer profit de leurs propriétés électromagnétiques atypiques, de nouvelles architectures d’antennes inspirées des structures CRLH sont proposées. Ces nouvelles antennes permettent de réaliser différents types de diagrammes de rayonnement (large ouverture angulaire, faisceau étroit, double polarisation). Elles sont caractérisées grâce à une modélisation analytique qui aura été validée auparavant par la simulation électromagnétique. / Metamaterials are artificial structures with unusual electromagnetic properties. Composite Right-Left Handed (CRLH) radiating structures are very attractive antennas because of their scanning capability and wideband performances. However crlh lines must contain a large number of cells in order to have sufficient radiation efficiency. Due to the recurring request of having small antennas in new communication systems, new designs based on crlh structures must be found. The first objective of this thesis is to have full knowledge of electromagnetic properties of crlh structures. To take advantages of atypical electromagnetic behavior of CRLH structures, new CRLH based antennas designs are proposed. These new inspired antennas could produce different radiation patterns (with large beamwidth, narrow beam, double polarization). Analytical model, previously validated by electromagnetic simulator, is used to characterize the new proposed antennas.

Ce travail concerne l’étude et la réalisation de dispositifs hyperfréquences coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH). Dans la première partie du mémoire, l’état de l’art des structures CRLH et leur aspect théorique sont présentés. La deuxième partie concerne la modélisation circuit et la conception de la cellule CRLH de base. Un modèle circuit a été développé à partir des modèles existants. Un résonateur d’ordre zéro (ZOR en anglais) à couplage capacitif a été fabriqué et les résultats expérimentaux nous ont permis de valider le modèle théorique. Une réduction de 80% de la taille du résonateur a été observée par rapport au résonateur demi-longueur d’onde à la même fréquence du travail. Une ligne de transmission à deux bandes de propagation a été réalisée par la mise en cascade de cinq cellules CRLH de base. La troisième partie est vouée à l’utilisation des couches magnétiques dans les structures CRLH pour réaliser des dispositifs hyperfréquences accordables. L’agilité en fréquence du ZOR a été confirmée expérimentalement. Nous avons aussi proposé un modèle théorique simple de la cellule CRLH réalisée sur un substrat de YIG. Les résultats expérimentaux de la ligne CRLH à ferrite et pour différentes valeurs du champ magnétique appliqué sont présentés et comparés au modèle théorique et aux simulations 3D / This work deals with the study and the fabrication of microwave devices based on the Coplanar Composite Right/Left Handed (CPW CRLH) structures. In the first part, we introduce the CRLH theory. In the second part, circuit modelization and the design of the CPW CRLH unit cell are presented. A coplanar zeroth-order resonator has been numerically studied, realized and verified experimentally. The resonator we have proposed allows a reduction of 80% of its size compared to the conventional half-wave length resonator at 6GHz. Based on the unit cell, a CRLH TL with five elementary cells has been realized. The third part is devoted to the use of magnetic layers in CRLH structures to realise tunable microwave devices. The frequency agility of the ZOR was experimentally confirmed. We also developed a theoretical model of the CRLH unit cell with a YIG substrate. The experimental results of the CRLH line with ferrite and for different values of applied magnetic field are presented and compared with the theoretical model and 3D simulations

Yes / This work aims to present an improved version of the liquid mixture identification sensor, the proposed sensor is tested experimentaly on mixture of water ethanol, the identification of liquid is based on the measurement of frequency displacement, and comparison with reference values of water ethanol. This device is based on metamaterial structure which is a CRLH (composite right left hand) resonator with ZOR (Zero Order Resonator). The CRLH in addition to its property of miniaturization effect, when combined with ZOR, the resonant frequency of various volume fraction are extended, which make the sensitivity higher. The high sensitivity of the sensor is obtained by an optimum choice of the CRLH components. The geometrical size of the sensor is 20 mm by 11 mm. It was printed on a RT/Duroid 5880 substrate with a very short testing surface area of 4 mm by 8 mm, the liquid is placed on the top side of the sensor, exactly on the CRLH structure. Three prototypes of sensors operating from 1 GHz to 3 GHz are proposed, designed and simulated using the commercial software HFSS (high-frequency structural simulator). The main advantages of this work is first miaturization effect, second high sensitivity and finaly a wide range of liquid can be tested with this sensor. To prove the working principle, ethanol with different volume fractions was adopted as a liquid under test, the obtained results present very good agreement with the literature and suggested that it is a miniaturised and high sensitive candidate (better than 1.38%) for liquid mixture identification.

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Nous étudions la mise en oeuvre d ‘antenne à balayage électronique dédiés aux applications de communications par satellite géostationnaire. Les structures développées sont adaptées pour être embarquées dans un avion ou un train. L'architecture de l'antenne développée est constituée d’un double réseau linéaire dans deux dimmensions transverses. Le balayage dans chaque réseau linéaire est assuré par des lignes coplanaires à métamateriaux contrôlées par varactor. Nous porposons de nouvelles méthodes de caracterisation des discontinuités en ligne coplanaire pour la conception de la ligne. De plus, un système de prélèvement d'énergie a dû être conçu afin d'alimenter des éléments rayonnants et testé avec différentes antennes patch. Enfin, nous envisageons la co-intégration des structures rayonnantes et des lignes CRLH ainsi que le contrôle électronique par les diodes. / We are studying the implementation of 'Scanning Antenna dedicated to the applications of satellite communications geostationary. The structures developed are suitable for to be on board an airplane or a train. The architecture of the antenna developed consists of a double linear network in two transverse dimmensions. The scan in each network is provided by the lines coplanar to metamaterials controlled by varactor. We porposons of new methods characterization of discontinuities coplanar online for the line design. In addition, a energy harvesting system has be designed to feed radiating elements and tested with patch different antennas. Finally, we are considering co-integration radiating structures and CRLH lines as well as control electronic by the diodes.

In the thesis presented, three novel uni-planar left handed transmission lines based on Complementary Split Ring Resonators (CSRR) and Complementary Spiral Resonator (CSR) metamaterial particles are proposed for the first time and successfully applied for the performance enhancement of conventional coupled line filters and the design of a full scan leaky wave antenna. Based on the implementation of Complementary Split Ring Resonators (CSRR) a fully planar Composite Right left handed transmission line (CRLH-TL) plus a Dual Composite Right Left Handed transmission line (D-CRLH-TL) are proposed, designed and studied. The CRLH transmission line is realized loading a microstrip host line with CSRR metamaterial particles and capacitive gaps on the conductor strip of the line, while the D-CRLH transmission line is built bridging the capacitive gaps between the CSRR's with inductive connections to induce dual propagation properties in the structure. A further performance enhancement is achieved by a second proposal based on the implementation of Complementary Spiral Resonators (CSRs). The studies applied to the structure reveal that conditions for D-CRLH propagation are created in a transmission line composed only by CSR metamaterial resonant particles as the result of the unique electromagnetic properties acquired by the CSRs etched on the conductor line of a microstrip waveguide. The CSRR/CSR based D-CRLH transmission lines proposed are applied in the design of two enhanced coupled line filters. The implementation is possible for the first time in this work as result of the highly versatile layout features of the left handed transmission lines proposed which among other important geometrical features, allows couplings in both sides of the structure. Enhanced filtering features are reached by the metamaterial based coupled line filters proposed in terms of selectivity and size reduction in comparison with conventional coupled line filters. In the case of the CSRR loaded metamaterial coupled line filter a size reduction of 49% is achieved compared with a filter of similar performance. A further enhancement is reached by the second coupled filter proposed based on CSR metamaterial resonant particles. The CSR coupled filter proposed reach a roll off rate improvement of 8 dB/GHz and size reduction of 43% in comparison with a conventional coupled line filter of the same order. When this is compared against a conventional coupled line filter of similar performance but higher order, a remarkable size reduction of 77% is achieved by the proposed CSR coupled line filter. Finally, the CSR loaded D-CRLH transmission line is applied in the design of a fully planar leaky wave antenna. Using the CSR structures etched on the conductor line of a microstrip as part of the radiation mechanism altogether with the D-CRLH propagation features of the structure. A full scan radiation pattern is created with backward, forward and broadside radiation as result of the left handed propagation band, right handed propagation band and the balanced transition between them. Two leaky wave antennas are designed to operate at the centre frequencies of 12.5GHz and 6.0GHz. In order to corroborate the performance the CSR D-CRLH leaky wave antenna operating at 6.0GHz is fabricated and measured showing a scanning range of 30 deg with a maximum gain of 13.2 dBi.

Ce travail concerne l’étude de deux dispositifs coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH : composite right left handed). Il s’agit d’un résonateur d’ordre zéro (ZOR) et d’une ligne méta-matériaux (méta-ligne). Dans la première partie du mémoire, des généralités sur des méta-matériaux et des méta-lignes et quelques domaines d’applications sont présentés. Ensuite, des dispositifs agiles en fréquences de types composites CRLH sont décrites et en particuliers ceux à composites à bases de nanoparticules magnétiques réalisés dans ces travaux de thèse. L’agilité en fréquence recherchée a été obtenue avec moins de pertes dans les dispositifs. La deuxième partie concerne la caractérisation électromagnétique (EM) de sol-gel. Quelques méthodes de caractérisations EM sont présentées. Ensuite, celles qui ont été utilisées pour caractériser les composites solgel magnétiques. La troisième partie est vouée aux démarches technologiques et résultats expérimentaux sur les méthodes de caractérisation EM. Quelques procédés de dépôts ont été énumérés. Les propriétés EM complexes (ℰ* et μ*) de so-gel dopé ont été déterminées / This work concerns the study of two type coplanar devices composite right / left handed (CRLH). It is about a zero order resonator (ZOR) and a metamaterial line (meta-line). In the first part, brief generalities on metamaterials, meta-lines and some domain of application are presented. Then tunable devices in frequency CRLH composite types are described and particularly those made of magnetic nanoparticles (sol-gel) made in the this work. The desired frequency agility was achieved with less loss in the devices. The second part concerns the doped sol -gel electromagnetic characterization. Some methods for electromagnetic characterization are presented. Then, those which have been used to characterize the sol-gel are presented. The third part is devoted to technological approaches and experimental results on electromagnetic characterization methods. Some deposition processes have been listed. The electromagnetic complex properties (ℰ* et μ*)of magnetic so-gel were determined

The thesis is focused on the design of a planar resonant-type antenna, which exploits a proper combination of left- and right-handed properties of transmission lines. This transmission line is called CRLH TL and is based on Sievenpiper mushroom structure. Advantages of the proposed antenna concept are demonstrated by a detailed comparison of its basic properties with the properties of a conventional patch antenna.

Ce mémoire de maîtrise traite des circuits actifs amplificateurs dont la conception est faite spécialement pour qu'ils soient intégrés aux métamatériaux électromagnétiques, en particulier à une antenne à ondes de fuite CRLH (Composite right/left-handed). Cette antenne a la particularité de pouvoir varier la direction de son rayonnement sur près de 180 degrés, en changeant simplement la fréquence du signal émis. Par conséquent, elle est une candidate de choix pour les applications radars. Toutefois, étant donné que son gain est relativement faible, des amplificateurs ont été ajoutés entre certaines de ses sections pour créer une antenne active CRLH [Casares-Miranda et al. , 2006]. Malheureusement, cette dernière n'est optimisée que pour une seule fréquence, donc pour un rayonnement dans une seule direction. Lobjectif de ce projet est donc la conception d'amplificateurs qui permettraient que cette antenne active ait un rayonnement optimal à toutes les fréquences. Dans ce texte, la théorie générale des métamatériaux est expliquée pour ensuite se concentrer sur les caractéristiques de l'antenne à ondes de fuite CRLH. Une étude de celle-ci est complétée de manière a déterminer les spécifications nécessaires des circuits amplificateurs qui y seront intégrés. Il est ainsi indiqué que pour fabriquer une antenne à ondes de fuite active idéale, les amplificateurs devraient avoir un gain constant sur toute la bande. Aussi, le déphasage introduit par ceux-ci doit être le plus constant possible sur toute cette bande, donc le délai de groupe de ces circuits doit être minimum. Cependant, un fait intéressant qui est amené par cette étude est qu'en intégrant des déphaseurs dans les circuits amplificateurs, il est possible de fabriquer une antenne à ondes de fuite CRLH active dont on peut obtenir une grande variété de diagrammes de rayonnement sur toute la plage de fréquences. Par conséquent, l'étude, la conception et la fabrication de circuits amplificateurs et déphaseurs sont discutées. Ces circuits sont faits avec des MESFET.

Ce travail concerne l'étude et la réalisation de dispositifs hyperfréquences coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH). Dans la première partie du mémoire, l'état de l'art des structures CRLH et leur aspect théorique sont présentés. La deuxième partie concerne la modélisation circuit et la conception de la cellule CRLH de base. Un modèle circuit a été développé à partir des modèles existants. Un résonateur d'ordre zéro (ZOR en anglais) à couplage capacitif a été fabriqué et les résultats expérimentaux nous ont permis de valider le modèle théorique. Une réduction de 80% de la taille du résonateur a été observée par rapport au résonateur demi-longueur d'onde à la même fréquence du travail. Une ligne de transmission à deux bandes de propagation a été réalisée par la mise en cascade de cinq cellules CRLH de base. La troisième partie est vouée à l'utilisation des couches magnétiques dans les structures CRLH pour réaliser des dispositifs hyperfréquences accordables. L'agilité en fréquence du ZOR a été confirmée expérimentalement. Nous avons aussi proposé un modèle théorique simple de la cellule CRLH réalisée sur un substrat de YIG. Les résultats expérimentaux de la ligne CRLH à ferrite et pour différentes valeurs du champ magnétique appliqué sont présentés et comparés au modèle théorique et aux simulations 3D.