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.

La recherche de nouveaux matériaux absorbant les ondes électromagnétiques dans le domaine des hyperfréquences est devenue un enjeu majeur avec le développement croissant des moyens de communication et, corrélativement, le besoin de se prémunir efficacement contre la « pollution » électromagnétique (protection des équipements et des personnes). Dans ce manuscrit, nous nous intéressons à un matériau composite anisotrope constitué d'une matrice polymère chargée en particules ferromagnétiques aplaties appelées pétales. Ce type de composite suscite actuellement un intérêt grandissant dans la communauté grâce aux nombreux avantages qu'il présente (ajustement de la bande d'absorption en fonction de la nature et du rapport de forme des charges, faible épaisseur du revêtement). Le champ de cette étude s'est voulu relativement large afin d'avoir une vue d'ensemble des problématiques liées à ces composites à base de pétales et cela à plusieurs échelles. Dans un premier temps, une étude originale a été menée sur le pétale seul. Après des travaux préliminaires portant sur l'élaboration des pétales et leurs propriétés morphologiques, des caractérisations magnétiques statiques et dynamiques ont été réalisées sur un pétale unique. Le spectre de perméabilité obtenu met en évidence trois résonances. Une étude complémentaire menée sur des objets de mêmes dimensions élaborés par PVD et structurés par FIB a permis, par analogie, d'attribuer ces trois résonances respectivement aux domaines, aux parois et au vortex joignant les parois. Dans un second temps, une étude approfondie a été menée sur le composite complet. L'adaptation de la technique de perméamétrie par perturbation de spire a rendu possible la caractérisation fine et complète de matériaux composites épais avec ou sans champ magnétique statique appliqué et pour différentes directions de pompage. Celle-ci a permis de confirmer l'origine des différentes résonances malgré le désordre structurel caractéristique des milieux composites. Pour finir, une étude à vocation plus applicative a été réalisée établissant le lien fort entre la microstructure (porosité, orientation et taille des particules) et les propriétés électromagnétiques du composite. Le potentiel industriel, tant d'un point de vue de l'élaboration que des performances, a pu être démontré. / Research on new microwave absorbing materials has become a major issue with the growing development of wireless communications and, accordingly, the need to shield effectively from the electromagnetic "pollution" (protection of equipment and persons).In this manuscript, we focus on an anisotropic composite consisting of aligned ferromagnetic flakes embedded in a nonmagnetic matrix. There is currently a growing interest for this kind of composite in the community due to the many benefits it provides (adjustment of the absorption band as a function of both nature and flakes aspect ratio, thin composite coating). The scope of this study was deliberately relatively large in order to get an overview of issues related to these flakes composites at several scales. At first, an original study was conducted on a single flake. After preliminary work on the development of flakes and their morphological properties, static and dynamic magnetic characterizations were performed on a single flake. The permeability spectrum obtained shows three resonances. A complementary study on objects of the same size, produced by PVD and structured by FIB has, by analogy, attributed these three resonances to respectively, domains, domains wall and an embedded vortex (vortex linked with several domains walls).In a second step, the evolution of the shorted microstrip permeametry technique made possible the detailed and complete characterization of thick composites with or without a static magnetic field applied in different directions and for various pumping directions. This confirmed the origin of the different resonances despite the characteristic structural disorder of composite media.Finally, an applicative study was conducted establishing the strong link between the microstructure (porosity, particle size and orientation) and the electromagnetic properties of the composite. Taking into consideration both elaboration and performance point of views, the industrial potential of this composite has been demonstrated.

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

Les systèmes de télécommunications requièrent de plus en plus l’utilisation des composants passifs hyperfréquences. La commercialisation de ces composants nécessite la miniaturisation de leurs tailles, l’augmentation de leurs performances et la réduction de leurs coûts. Parmi ces composants passifs, nous citons le coupleur directionnel qui est un quadripôle destiné à répartir la puissance sur deux ports de sortie, le quatrième port reste isolé. Les travaux relatés dans ce manuscrit ont pour objectifs la conception et la réalisation d’un coupleur à accès coplanaires obtenu à partir d’un résonateur auquel nous avons appliqué des lignes de couplage. Un modèle équivalent approché a été mis en évidence par un logiciel de simulation circuit. Une étude paramétrique a été réalisée à l’aide d’un logiciel électromagnétique 3D pour fixer une règle de conception qui permet un dimensionnement convenable du composant pour un intervalle de fréquences prédéfinies. Un fonctionnement bi-bandes a été exploité pour chaque raccordement de la fréquence. Une deuxième structure de couplage a été déduite en reliant directement les lignes couplées sur le résonateur. Une étude paramétrique ainsi qu’une règle de conception ont mis en évidence un fonctionnement de coupleur mono-bande de cette structure à des fréquences prédéfinies. Une troisième structure qui fonctionne en coupleur a été exploitée en remplaçant le filtre résonateur par deux circuits en méandres. Ce nouveau coupleur à méandres présente des bandes passantes assez larges ainsi qu’un fonctionnement possible en bi-bandes. Ces coupleurs mis en œuvre peuvent assurer un couplage de l’ordre de 3 ; 6 ; 8 et 10 dB et d’un déphasage entre les deux ports de sortie de 180° pour les deux premières structures et de 90° pour le coupleur à méandres. Plusieurs séries de prototypes sont ensuite fabriquées à partir des structures optimisées en simulation. Les caractérisations hyperfréquences de ces composants montrent la performance des dispositifs réalisés / Telecommunications systems require more use of passive microwave components. The commercialization of these components requires the miniaturization of their size, increasing their performance and the reduction of their costs. Among these passive components we cited the directional coupler which is designated to spread the power between two outputs, the fourth port being isolated. The ambition of this work is to study and fabricate a coupler with coplanar access obtained from a resonator where we applied coupling lines. An equivalent approximate model was obtained using circuit simulation software. A parametric study was made using 3D electromagnetic software to fix a design rule that allows a suitable design for the component in a predefined frequency range. Dual-band operation has been exploited for each frequency. A second coupling structure was deduced by directly connecting the coupled lines to the resonator. A parametric study and a design rule have shown the operation of this structure as a single band coupler at predefined frequencies. A third structure which operates like a coupler has been exploited by replacing the resonator filter by two meandering circuits. This new meandering coupler presents a wide bandwidth and a possible operating in dual-band. These implemented couplers provided a coupling factor of 3, 6, 8 and 10 dB and a phase shift between the two output ports of 180° for the two first structures and a 90° phase shifter for the meandering coupler. Several sets of prototypes are then made. The microwave characterizations show the performance of the fabricated device