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O substrato de nanofios (MnM) é uma nova tecnologia de interposers visando aplicações em ondas-mm que vêm recebendo atenção devido à facilidade de se fabricar vias de interconexão e estruturas de onda lenta de alto desempenho com resultados no estado-da-arte. Entretanto, embora as estruturas de interconexão, como vias e linhas de transmissão, já estejam bem definidas, ainda não se verificou a viabilidade de se usar essa tecnologia como base para antenas planares, uma parte vital de qualquer aplicação de transmissão de dados sem fio. Esse trabalho visa preencher essa lacuna, apresentando métodos para se realizar a caracterização elétrica do substrato através da extração de sua constante dielétrica relativa e tangente de perdas, e para se projetar antenas de uso frequente em aplicações de ondas-mm através de softwares de simulação eletromagnética. Esse trabalho apresenta também as etapas de fabricação da tecnologia numa visão geral e aplicada às estruturas desenvolvidas, seguida da caracterização das estruturas até 110 GHz. Os resultados mostraram um substrato com constante dielétrica relativa de 7 ± 0,2 e com tangente de perdas de 0,03 ± 0,005. Simulações das antenas projetadas mostraram que o substrato MnM é um candidato viável para antenas do tipo end-fire, cuja irradiação acontece paralela ao plano do substrato, devido ao fato dos parâmetros do substrato não interferirem demasiadamente na eficiência de irradiação desse tipo de antena. Entretanto, as simulações também mostraram que esse substrato é um candidato ruim para antenas tipo back-fire, com irradiação perpendicular ao plano do substrato, devido às baixas figuras de eficiência de irradiação e ganho. / The nanowire substrate (MnM) is a novel interposer technology for mm-waves applications that has been receiving more and more attention thanks to the ease of fabricating high performance interconnection vias and slow-wave structures, whose results are in the state-of-the-art. However, even though the interconnection structures, such as transmission lines and vias, are already well-defined, no one has analyzed the potential of the MnM substrate as a planar antenna substrate, a core component of any wireless communications application. This work aims to fill this gap by presenting substrate characterization methods, that involves determining its dielectric constant and loss tangent, and by presenting planar antenna design methods using electromagnetic simulation softwares. This work presents also a general overview of the manufacturing processes being developed, followed by structure measurement up until 110 GHz. The results showed a substrate with a dielectric constant of 7 ± 0.2 and with a loss tangent of 0.03 ± 0.005. Simulations of the designed antennas indicated that this substrate is a viable choice for end-fire antennas, whose radiation is parallel to the plane of the substrate, because the substrate parameters doesn\'t seem to degrade the radiation efficiency of this kind of antenna. However, simulations also showed that the MnM substrate is a poor candidate for back-fire antennas, whose radiation is perpendicular to the plane of the substrate, given the low figures of radiation efficiency and gain.

O substrato de nanofios (MnM) é uma nova tecnologia de interposers visando aplicações em ondas-mm que vêm recebendo atenção devido à facilidade de se fabricar vias de interconexão e estruturas de onda lenta de alto desempenho com resultados no estado-da-arte. Entretanto, embora as estruturas de interconexão, como vias e linhas de transmissão, já estejam bem definidas, ainda não se verificou a viabilidade de se usar essa tecnologia como base para antenas planares, uma parte vital de qualquer aplicação de transmissão de dados sem fio. Esse trabalho visa preencher essa lacuna, apresentando métodos para se realizar a caracterização elétrica do substrato através da extração de sua constante dielétrica relativa e tangente de perdas, e para se projetar antenas de uso frequente em aplicações de ondas-mm através de softwares de simulação eletromagnética. Esse trabalho apresenta também as etapas de fabricação da tecnologia numa visão geral e aplicada às estruturas desenvolvidas, seguida da caracterização das estruturas até 110 GHz. Os resultados mostraram um substrato com constante dielétrica relativa de 7 ± 0,2 e com tangente de perdas de 0,03 ± 0,005. Simulações das antenas projetadas mostraram que o substrato MnM é um candidato viável para antenas do tipo end-fire, cuja irradiação acontece paralela ao plano do substrato, devido ao fato dos parâmetros do substrato não interferirem demasiadamente na eficiência de irradiação desse tipo de antena. Entretanto, as simulações também mostraram que esse substrato é um candidato ruim para antenas tipo back-fire, com irradiação perpendicular ao plano do substrato, devido às baixas figuras de eficiência de irradiação e ganho. / The nanowire substrate (MnM) is a novel interposer technology for mm-waves applications that has been receiving more and more attention thanks to the ease of fabricating high performance interconnection vias and slow-wave structures, whose results are in the state-of-the-art. However, even though the interconnection structures, such as transmission lines and vias, are already well-defined, no one has analyzed the potential of the MnM substrate as a planar antenna substrate, a core component of any wireless communications application. This work aims to fill this gap by presenting substrate characterization methods, that involves determining its dielectric constant and loss tangent, and by presenting planar antenna design methods using electromagnetic simulation softwares. This work presents also a general overview of the manufacturing processes being developed, followed by structure measurement up until 110 GHz. The results showed a substrate with a dielectric constant of 7 ± 0.2 and with a loss tangent of 0.03 ± 0.005. Simulations of the designed antennas indicated that this substrate is a viable choice for end-fire antennas, whose radiation is parallel to the plane of the substrate, because the substrate parameters doesn\'t seem to degrade the radiation efficiency of this kind of antenna. However, simulations also showed that the MnM substrate is a poor candidate for back-fire antennas, whose radiation is perpendicular to the plane of the substrate, given the low figures of radiation efficiency and gain.

Une onde électromagnétique est définie par son amplitude, son vecteur d'onde, sa fréquence et son moment angulaire. Ce dernier peut être séparé en deux parties : la polarisation (associée au moment angulaire de spin), et le moment angulaire orbital. Ce dernier n'a vraiment été étudié qu'à partir de ces dernières années. Cette thèse a pour but d'approfondir les connaissances sur ce moment angulaire orbital. Des prototypes ont ainsi été réalisés, et des outils d'analyse ont été développés. Dans un premier temps, une étude du transfert de ce moment angulaire orbital à un objet macroscopique, à la fréquence de 870 MHz, est présentée. Une interprétation du mécanisme de transfert est ensuite proposée, supportée par le calcul des équations de champs et des simulations électromagnétiques. Dans un second temps, la conception et la réalisation de deux antennes, pouvant générer une onde possédant un moment angulaire orbital, sont présentées. Ces deux antennes utilisent une lame de phase avec une loi à dépendance angulaire. La première est une lame de phase dite « spirale », à permittivité constante et à hauteur variable. La seconde est une lame à gradient d'indice, à permittivité variable et à hauteur constante. Ces deux antennes ont été simulées, puis mesurées au sein de la chambre anéchoïque CHEOPS (DGA-MI, Bruz). Des cartographies sur un plan du champ ont ainsi été obtenues. Dans un dernier temps, la réflexion sur des surfaces courbes et planes, et l'influence de l'échantillonnage sur l'estimation des modes d'OAM, ont été étudiées. En ce qui concerne la réflexion, les résultats de simulations sont prometteurs, et semblent indiquer l'existence d'une relation entre les déformations du faisceau réfléchi et le type de surface. Pour l'estimation des modes d'OAM, les valeurs de champs sont extraites sur un cercle. Différents paramètres (positionnement et rayon du cercle) ont été considérés, et une méthode d'estimation des modes d'OAM sur une large bande de fréquence est proposée. / An electromagnetic wave is defined by its amplitude, its wave vector, its frequency and its angular momentum. This momentum can be decomposed into two components: polarization (associated to spin angular momentum), and orbital angular momentum. The later has not been investigated thoroughly until the last few years. To deepen the knowledge on orbital angular momentum, both prototypes and analysis tools have been developed in this thesis. First, study of orbital angular momentum transfer to a macroscopic object, at a frequency of 870 MHz, is presented. An interpretation of the transfer mechanism is then proposed, supported by the calculation of field equations and electromagnetic simulations. Secondly, the conception and the realization of two antennas able to generate an EM wave with orbital angular momentum are presented. These antennas use phase plates with an angular dependent law. The first one is a “spiral” phase plate, with constant permittivity and variable height. The second one has variable permittivity and constant height. Both have been simulated and characterized in CHEOPS anechoic chamber (DGA-MI, Bruz). Measurements of magnitude and phase, on a plane, have been obtained. Lastly, total reflection on planar and curved surfaces and influence of sampling on OAM modes estimation were investigated. Simulation results of reflected waves are promising and show a relationship between the induced deformations and the object reflected on. As for OAM modes estimation, study has been performed using an extraction circle on the wave front. Several parameters (center of the circle, radius) have been considered, and a method for OAM modes estimation on a large bandwidth is proposed.