Els serveis de telecomunicacions i sistemes radar estan migrant a freqüències mil•limètriques (MMW), on es disposa d 'una major amplada de banda i conseqüentment d'una major velocitat de transmissió de dades. Aquesta migració requereix de l'ús de diferents tecnologies amb capacitat d'operar a la banda de freqüències mil•limètriques (30 a 300 Ghz), i més concretament en les bandes Ka (26,5 - 40GHz), V (50 – 75GHz) i W (75 – 110GHz). En moltes aplicacions i sobretot en aquelles on l'antena forma part d'un dispositiu mòbil, es cerca poder utilitzar antenes planes, caracteritzades per tenir unes dimensions reduïdes i un baix cost de fabricació. El conjunt de requeriments es pot resumir en obtenir una antena amb capacitat de reconfigurabilitat i amb un baix nivell de pèrdues en cada una de les bandes de freqüència. Per tal d'afrontar aquests reptes, les dimensions de les antenes mil•limètriques, juntament amb els tipus de materials, toleràncies de fabricació i la capacitat de reconfigurabilitat ens porten a l'ús de processos de microfabricació. L'objectiu d'aquesta tesis doctoral és l'anàlisi dels conceptes mencionats, tipus de materials, geometries de línia de transmissió i interruptors, en el context de les freqüències mil•limètriques, així com la seva aplicació final en dissenys d'antenes compatibles amb els processos de microfabricació. Finalment, com a demostració s'han presentat dissenys específics utilitzables en tres aplicacions a freqüències mil•limètriques: Sistemes de Comunicació per Satèl•lit (SCS) a la banda Ka, Xarxes d'àrea personal inalàmbriques (WPAN) a la banda V i sistemes radar per l'automoció a la banda W. La primera part d'aquesta tesis consisteix en l'anàlisi d'algunes tecnologies circuitals a freqüències mil•limètriques. S'han presentat els materials més utilitzats a altes freqüències (Polytetrafluoroethylene or Teflon (PTFE), Quartz, Benzocyclobuten polymer (BCB) i Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)) i s'han comparat en termes de permitivitat i tangent de pèrdues. També s'inclou un estudi de pèrdues a altes freqüències en les principals línies de transmissió (microstrip, stripline i CPW). Finalment, es presenta un resum dels interruptors RF-MEMS i es comparen amb els PIN diodes i els FET. En la segona part, es presenten diferents agrupacions d'antenes amb la capacitat de reconfigurar la polarització i la direcció d'apuntament. S'han dissenyat dos elements base reconfigurables en polarització: CPW Patch antena i 4-Qdime antena. La primera antena consisteix en un element singular amb interruptors RF-MEMS, dissenyada per operar a les bandes Ka i V. La segona antena consisteix en una arquitectura composta on la reconfigurabilitat en polarització s'obté mitjançant variant la fase d'alimentació de cada un dels quatre elements lineals. La fase és controlada mitjançant interruptors RF-MEMS ubicats en la xarxa de distribució. L'antena 4-Qdime s'ha dissenyat per operar en les bandes V i W. Ambdós elements base s'han utilitzat posteriorment pel disseny de dues agrupacions d'antenes amb capacitat de reconfigurar l'apuntament del feix principal. La reconfigurabilitat es dur a terme utilitzant desfasadors de fase d'1 bit. La part final de la tesis es centra en les toleràncies de fabricació i en els processo de microfabricació d'agrupacions d'antenes mil•limètriques. Les toleràncies de fabricació s'han estudiat en funció dels error d'amplitud i fase en cada element de l'agrupació, fixant-se en les pèrdues de guany, error d'apuntament, error en l'amplada de feix, errors en el nivell de lòbul secundari i en l'error en la relació axial. El procés de microfabricació de les diferents antenes dissenyades es presenta en detall. Els dissenys de l'antena CPW Patch reconfigurable en polarització i apuntament operant a les bandes Ka i V, s'han fabricat en la sala blanca del Cornell NanoScale Science & Technology Facility (CNF). Posteriorment, s'han caracteritzat l'aïllament i el temps de resposta dels interruptors RF-MEMS, i finalment, el coeficient de reflexió, el diagrama de radiació i la relació axial s'han mesurat a les bandes Ka i V per les antenes configurades en polarització lineal (LP) i circular (CP). / Telecommunication services and radar systems are migrating to Millimeter-wave (MMW) frequencies, where wider bandwidths are available. Such migration requires the use of different technologies with the capability to operate at the MMW frequency band (30 to 300GHz), and more specifically at Ka- (26.5 to 40GHz), V- (50 to 75GHz) and W-band (75 to 110GHz). For many applications and more concretely those where the antenna is part of a mobile device, it is targeted the use of planar antennas for their low profile and low fabrication cost. A wide variety of requirements is translated into a reconfiguration capability and low losses within each application frequency bandwidth. To deal with the mentioned challenges, the MMW antenna dimensions, together with the materials, fabrication tolerances and reconfigurability capability lead to microfabrication processes. The aim of this thesis is the analysis of the mentioned concepts, materials, transmission lines geometries and switches in the MMW frequencies context and their final application in antenna designs compatible with microfabrication. Finally, specific designs are presented as a demonstration for three MMW applications: Satellite Communication Systems (SCS) at Ka-band, Wireless Personal Area Network (WPAN) at V-band and Automotive Radar at W-band. The first part of this thesis consist to analyze some MMW circuit technologies. The four most used materials at MMW frequencies (Polytetrafluoroethylene or Teflon (PTFE), Quartz, Benzocyclobuten polymer (BCB) and Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)) have been presented and compared in terms of permittivity (εr) and loss tangent (tanδ). An study of the main transmission lines attenuation (microstrip, stripline and CPW) at high frequencies is included. Finally, an overview of the RF-MEMS switches is presented in comparison with PIN diodes and FETS switches. The second part presents different polarization and beam pointing reconfigurable array antennas. Two polarization-reconfigurable base-elements have been designed: CPW Patch antenna and 4-Qdime antenna. The first consists of a single reconfigurable element with integrated RF-MEMS switches, designed to operate at Ka- and V-band. The second antenna presented in this thesis has a composed architecture where the polarization reconfigurability is obtained by switching the phase feeding for each of the four linear polarized elements in the feed network with RF-MEMS switches. The 4-Qdime antenna has been designed to operate at V- and W-band. The two base-elements have been used to design two beam pointing reconfigurable antenna arrays. Using phased array techniques, beamsteering is computed and implemented with 1-bit discrete phase-shifter. The final part of the thesis is focused into the fabrication tolerances and microfabrication process of Millimeter-wave antenna arrays. The fabrication tolerances have been studied as a function of the amplitude and phase errors presented at each elements array, focusing on the gain loss, beam pointing error, Half-Power Beamwidth (HPBW) error, sidelobe level error and axial ratio error. The microfabrication process for the designed antennas is presented in detail. Polarization- and pointing- reconfigurable CPW Patch antenna operating at Ka- and V- band have been fabricated in a clean-room facility at Cornell NanoScale Science & Technology Facility (CNF). The RF-MEMS switches isolation and time response have been characterized. Finally, the reflection coefficient, radiation pattern and axial ratio have been measured at Ka- and V-band for the fabricated antennas configured in Linear Polarization (LP) and Circular Polarization (CP).

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Le milieu plasma correspond au 4ème état de la matière présentant une permittivité diélectrique complexe qui peut être exploitée pour les systèmes de communication. Sa permittivité négative a été étudiée dans de nombreux travaux de recherche démontrant que le plasma peut avoir des caractéristiques similaires à celles d'un métal en termes de conductivité électrique. En considérant une perméabilité positive, le plasma peut ainsi réagir de la même manière qu'un métal en présence d'une onde électromagnétique. Cette thèse a pour objectif de démontrer que le plasma est une alternative au métal pour la réalisation d'antennes reconfigurables. La première partie du travail concerne la caractérisation du milieu plasma en utilisant des sources plasma commerciales à savoir des lampes à Néon. Cette caractérisation est primordiale afin de pouvoir ensuite simuler ce type de source. La seconde partie des recherches a concerné la conception et la réalisation d'antennes plasma reconfigurables en rayonnement et ceci à la fréquence de 2.4 GHz. Le premier concept est un réflecteur circulaire et le second un réflecteur à angle droit tous les deux réalisés à partir de différentes lampes à Néon et illuminés par une antenne source monopole. Le réflecteur circulaire permet de dépointer le faisceau d'antennes sur 360° alors que le réflecteur à angle droit permet de reconfigurer le faisceau rayonnant et de passer d'un faisceau directif à deux faisceaux avec un creux dans l'axe. Ces dispositifs rayonnants innovants basés sur des lampes à Néon ont été validés expérimentalement et les résultats de mesure (S11 et rayonnement) sont en bonne adéquation avec les résultats de simulation. Ces deux types d'antennes réflecteurs possèdent également de bons résultats en termes de gain, ce qui valide l'utilisation et la caractérisation des lampes plasma de commerce utilisées. Dans la troisième partie du travail, ce même type de lampe à néon a été utilisé pour concevoir cette fois un élément rayonnant excité par couplage capacitif. La réalisation d'un prototype à permis de démontrer la faisabilité d'une telle source rayonnante. Enfin, la dernière partie des recherches concerne une étude de la Surface Equivalente Radar des antennes réflecteur conçues précédemment. L'étude a démontré que ces antennes réflecteurs plasma présentent des SER largement inférieures lorsqu'elles sont éteintes ainsi qu'à fréquence haute (8 GHz) comparativement à celles d'antennes métalliques équivalentes ce qui en fait des antennes furtives d'un point de vue radar. / Plasma is the 4th state of matter with complex permittivity that can be exploited to give advantages in communication system. Its negative permittivity has been studied in many research papers and it was proven to have similar characteristics as metal material in terms of electrical conductivity. While keeping permeability in the positive region, plasma will respond to electromagnetic waves in the similar manner as metal. Therefore, this thesis aimed to use plasma as an alternative to metal in the construction of reconfigurable antennas. The first part of this thesis is dedicated to characterize a plasma model based on the commercially available plasma source. Since there are many type of plasma source in terms of their electrical properties and physical shapes, it is important to characterize a particular plasma source so that it can be modeled in simulations to construct other types of plasma antennas. The second part presents the realization of plasma reflector antennas. Two types of plasma reflector antennas have been simulated, fabricated and measured at 2.4 GHz. The first one is are round reflector antenna (RRA) and the second one is corner reflector antenna (CRA). The performances of RRA have been validated and it was proven to provide beam shaping and beam scanning capability. The measured radiation patterns are in a good agreement with simulation ones. The capability of RRA is exceptional since it can steer its main beam from 0° up to 360°. Moreover, the scanning gain remains the same as the main beam is being moved from one direction to another. The CRA that has been introduced in this thesis is a novel design since it integrates two corner-reflector antennas on a single ground plane. The CRA offers three beam shapes which are electrically switchable from one shape to another. The CRA was simulated, fabricated and finally its performances were validated throughout a series of agile measurements. The measured reflected radiation patterns are in good agreements with the simulation ones. The measured gains of the RRA and CRA are 5 dB higher than the gain of classical monopole antenna with an identical size of finite ground plane. The fourth part deals with plasma as radio waves radiator. Two plasma antennas using commercially available U-shaped compact fluorescent lamp (CFL) have been fabricated and measured and it was proven that these antennas can be to radiate radio signal. The last part discusses about radar cross section performance of the plasma reflector antennas. The two plasma reflector antennas (RRA and CRA) were tested and measured for their RCS performance.

L’apparition des objets connectés intelligents dont nous sommes les témoins depuis quelques années a généré un besoin croissant d’antennes à bas coût et énergétiquement sobres. La capacité d’effectuer à la volée une mise en forme du faisceau où sa reconfiguration est une propriété particulièrement intéressante, qui pourrait permettre à l’objet intelligent d’effectuer des tâches telles que la surveillance de zone par exemple ou bien d’optimiser son bilan de liaison en ne visant qu’une seule direction de l’espace. Cela pourrait également mener à un accroissement de l’autonomie de l’objet, via une diminution de sa consommation énergétique, voir à le rendre totalement indépendant s’il devient suffisamment économe pour envisager son alimentation via des systèmes de récupération d’énergie. C’est dans ce contexte que nous proposons ici une nouvelle architecture d’antenne reconfigurable, capable d’un balayage de faisceau sur 360° degrés et basée sur l’utilisation de métal liquide au sein d’un système d’actionnement microfluidique. Dans le premier chapitre, nous ferons une rapide présentation des deux principales technologies de balayage de faisceau utilisées aujourd’hui avant d’étudier les diverses techniques de déplacement de métal liquide utilisées et documentées dans la littérature. L’objectif de ce travail est de sélectionner la technique la plus adaptée à nos besoins. Dans le second chapitre, nous proposerons les deux designs d’antennes envisagés pour notre système, basés sur l’architecture Yagi-Uda. Nous discuterons des avantages et inconvénients de chacun afin d’en sélectionner un qui sera examiné plus en avant dans le chapitre suivant. Dans le troisième chapitre, nous étudierons, à l’aide de simulations électromagnétiques, les performances du design d’antenne sélectionné dans le but de justifier notre choix. Cette étude se concentrera sur l’implémentation graduelle de la complexité du design retenu, en partant d’un système très théorique pour aboutir à une émulation très proche de ce que pourrait être un prototype final. Finalement, dans le quatrième et dernier chapitre nous considérerons deux preuves de concept du système complet ainsi que leurs différentes techniques de fabrications. Étant donné le fait que chaque preuve de concept se concentre soit sur l’aspect RF ou fluidique du système, nous étudierons aussi leurs performances respectives. Nous détaillerons également le développement de certains procédés de fabrication spécifiques utilisés pour réaliser les briques de base, en particulier les objets micro-fluidiques. Ce chapitre nous permet de conclure positivement cette étude de la faisabilité du concept proposé et développé dans ce travail. / The advent of autonomous connected smart objects we are witnessing since a few years has generated a growing need for low cost and energetically sober reconfigurable antennas. The ability to perform on the fly beam shaping and re-configuration is a particularly interesting property which would allow the smart object to perform task such as area surveillance for example and to optimize its link budget by targeting a specific direction of space. This could also allow the increase of the object’s autonomy, through a diminution of its power consumption, or even to render it fully autonomous if it becomes sober enough to envision the use of energy harvesting systems. It is in this context that we propose here a new reconfigurable antenna architecture, capable of 360° beam steering, based on the use of liquid metal within a microfluidic actuation system.In the first chapter, we will do a quick presentation of today’s two main beam steering technics used for antennas before studying the various used and documented technics of liquid metal displacement used in the literature for RF applications. The objective is to single out the better suited one to our requirements.In the second chapter, we will propose the two antenna designs envisioned for our system, based on the Yagi-Uda architecture. We will discuss the advantages and drawbacks of each in order to select one design which will be more closely investigated on the following chapter.In the third chapter, we will study, with the help of electromagnetic simulations, the performances of this selected antenna design in order to justify our choice. This study will focus on the gradual complexity implementation of the chosen design, from a very theoretical system to one very close to what a final prototype would be. Finally, in the fourth and last chapter we will consider two proofs of concept of the complete system and their various fabrications technics. Given that each proof of concept focus either on the RF or the fluidic aspect of the system, we will investigate their performances. We will also detail the development of some of the specific fabrication processes used for the basic building blocks, especially for the fluidic objects. This chapter allow us to conclude positively this study on the feasibility of this concept which was proposed and developed in this work.

Le plasma est le quatrième état de la matière avec une permittivité complexe qui peut être exploitée pour donner des avantages aux systèmes de communications. Entre autres, une permittivité négative lui permet d'avoir des caractéristiques similaires aux matériaux métalliques en termes de conductivité électrique. Depuis de nombreuses années, les antennes plasma ont été étudiées en raison de leur capacité à être conductrices ou transparentes vis-à-vis des ondes électromagnétiques. Le principal avantage de l'utilisation d'antennes à base de plasma au lieu d'éléments métalliques est qu'elles permettent un contrôle électrique plutôt que mécanique. Par conséquent, cette thèse vise à utiliser le plasma comme une alternative au métal dans la construction des antennes reconfigurables. La première partie de cette thèse est consacrée à l'état de l'art sur l'utilisation du milieu plasma dans les systèmes de communications. Une lampe fluorescente spirale utilisée comme une cage de Faraday afin de protéger des antennes est présentée dans la deuxième partie. Deux types d'antennes (patch et monopôle) fonctionnant à 2,45 GHz sont placés à l'intérieur de cette lampe spirale. La troisième partie se focalise sur les réseaux d'antennes utilisant des tubes plasma pour reconfigurer l'ouverture du diagramme de rayonnement dans le plan H. Deux types de réseaux d'antennes sont étudiés : le premier est un réseau de patches imprimés et le second est un réseau d'antennes à fentes permettant de supporter des hautes puissances. La quatrième partie traite l'utilisation du plasma comme élément rayonnant. Deux antennes plasma (monopole et dipôle) utilisant une lampe fluorescente disponible dans le commerce ont été étudiées. Tous les systèmes antennaires présents dans cette thèse ont été simulés, fabriqués et mesurés. / Plasma is the 4th state of matter with complex permittivity that can be exploited to give advantages in communication systems. Its negative permittivity allows to have similar characteristics as metal material in terms of electrical conductivity. Since many years, plasma antennas have been studied due to their ability to be conductor or transparent for electromagnetic waves. The main advantage of using plasma antennas instead of metallic ones is that they allow electrical control rather than mechanical one. Therefore, this thesis aimed to use plasma as an alternative to metal in the design of reconfigurable antennas. The first part of this thesis is dedicated to the state of the art on plasma in communication systems in order to protect antennas. The second part presents the use of plasma spiral lamp as Faraday Shield effect. Two types of antennas (patch and monopole) operating at 2.45 GHz are placed inside this plasma spiral lamp. The third part discusses about reconfigurable antennas using plasma tubes and in order to reconfigure the half-power-beam-width of the radiation pattern in H plane. Two types of antenna array have been studied: The first one is a printed patches antenna array and the second one is a slotted antenna array allowing high power utilization. The fourth part deals with plasma as radiating element. Two plasma antennas using commercially available fluorescent lamp have been studied. All the antenna systems presented in this thesis have been simulated, manufactured and measured.

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The angle of arrival estimation of multiple sources plays a vital role in the field of array signal processing as MIMO systems can be employed at both the transmitter and the receiver end and the system capacity, reliability and throughput can be significantly increased by using array signal processing. Almost all applications require accurate direction of arrival (DOA) estimation to localize the sources of the signals. Another important parameter of localization systems is the array geometry and sensor design which can be application specific and is used to estimate the DOA. In this work, various array geometries and arrival estimation algorithms are studied and then a new scheme for multiple source estimation is proposed and evaluated based on the performance of subspace and non-subspace decomposition methods. The proposed scheme has shown to outperform the conventional Multiple Signal Classification (MUSIC) estimation and Bartlett estimation techniques. The new scheme has a better performance advantage at low and high signal to noise ratio values (SNRs). The research work also studies different array geometries for both single and multiple incident sources and proposes a geometry which is cost effective and efficient for 3, 4, and 5 antenna array elements. This research also considers the shape of the ground plane and its effects on the angle of arrival estimation and in addition it shows how the mutual couplings between the elements effect the overall estimation and how this error can be minimised by using a decoupling matrix. At the end, a novel miniaturised multi element reconfigurable antenna to represent the receiver base station is designed and tested. The antenna radiation patterns in the azimuth angle are almost omni-directional with linear polarisation. The antenna geometry is uniplanar printed logspiral with striplines feeding network and biased components to improve the impedance bandwidth. The antenna provides the benefit of small size, and re-configurability and is very well suited for the asset tracking applications.

Il y a à l'heure actuelle un grand besoin d'antennes reconfigurables dans la bande des 60 GHz pour des applications de télédétection et de télécommunications sans fil très hauts débits. Les solutions traditionnelles de reconfiguration sont basées sur des semiconducteurs ou des composants RF-MEMS, qui connaissent un coût, une complexité et des pertes croissantes en bande millimétrique. Dans cette thèse, une approche originale a été développée : elle est basée sur la reconfiguration mécanique d'antennes et dispositifs millimétriques microrubans sur substrat élastomère ultrasouple PDMS grâce à des actionneurs MEMS grands déplacements. Premièrement, les choix de conception, la technique de simulation éléments finis (HFSS), et surtout la microfabrication d'antennes sur membrane PDMS ainsi que les techniques de mesure en impédance et rayonnement sont abordés.Deux axes ont ensuite été étudiés : les antennes accordables en fréquence, et les antennes et composants pour le balayage angulaire (déphaseurs et antennes à balayage mécanique de type scanner). Des procédés technologiques innovants ont été développés (reports de métallisations épaisses biocompatibles et d'aimants permanents en couches minces sur membrane PDMS) et différentes techniques d'actionnement (pneumatique, magnétique, par électromouillage) ont été mises en œuvre. Les performances en terme d'accord en fréquence (8,2 %) et de balayage angulaire (-90/+100°) dépassent l'état de l'art des antennes du même type en bande millimétrique, et ceci en utilisant une technologie peu complexe, ultra bas-coût et prometteuse pour la montée en fréquence. / There is currently an increasing need for reconfigurable antennas in the 60 GHz band for remote sensing applications and wireless communications. Traditional reconfiguration solutions are based on semiconductors or RF-MEMS but these components face cost, complexity and losses issues at millimeter-waves.In this thesis, an original approach was developed: it is based on the mechanical reconfiguration of millimeter-wave microstrip antennas and devices printed on ultrasoft PDMS substrates, thank to large displacements MEMS actuators. First, the design choices, the finite element simulation technique (HFSS), and the microfabrication of antennas supported by PDMS membranes as well as the impedance and radiation measurements techniques have been discussed. Two axis have then been studied: frequency-tunable antennas, and beam-steering components (phase shifters and "scanner" type antennas). Innovative technological processes were developed (transfer of biocompatible metal patterns and permanent magnet thin films on PDMS membranes) and several actuation techniques (pneumatic, magnetic, electrowetting) were implemented. Performances in terms of frequency tuning (8.2%) and scan angles (-90 / 100 °) are beyond the state of the art for similar antennas in the millimeter-wave band, and are achieved by using a very simple, ultra low-cost technique that is expected to be effective at even higher frequencies.

Communication and reconnaissance systems are requiring increasing flexibility concerning functionality and efficiency for multiband and broadband frequency applications. Circuit-based reconfiguration mechanisms continue to promote radio frequency (RF) application flexibility; however, increasing limitations have resulted in hindering performance. Therefore, the implementation of a "wireless" reconfiguration mechanism provides the required agility and amicability for microwave circuits and antennas without local overhead. The wireless reconfiguration mechanism in this thesis integrates dynamic, fluidic-based material systems to achieve electromagnetic agility and reduce the need for "wired" reconfiguration technologies. The dynamic material system component has become known as electromagnetically functionalized colloidal dispersions (EFCDs). In a microfluidic reconfiguration system, they provide electromagnetic agility by altering the colloidal volume fraction of EFCDs - their name highlights the special considerations we give to material systems in applied electromagnetics towards lowering loss and reducing system complexity. Utilizing EFCDs at the RF device-level produced the first circuit-type integration of this reconfiguration system; this is identified as the coaxial stub microfluidic impedance transformer (COSMIX). The COSMIX is a small hollowed segment of transmission line with results showing a full reactive loop (capacitive to inductive tuning) around the Smith chart over a 1.2 GHz bandwidth. A second microfluidic application demonstrates a novel antenna reconfiguration mechanism for a 3 GHz microstrip patch antenna. Results showed a 300 MHz downward frequency shift by dielectric colloidal dispersions. Magnetic material produced a 40 MHz frequency shift. The final application demonstrates the dynamically altering microfluidic system for a 3 GHz 1x2 array of linearly polarized microstrip patch antennas. The parallel microfluidic capillaries were imbedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Both E- and H-plane designs showed a 250 MHz frequency shift by dielectric colloidal dispersions. Results showed a strong correlation between decreasing electrical length of the elements and an increase of the volume fraction, causing frequency to decrease and mutual coupling to increase. Measured, modeled, and analytical results for impedance, voltage standing wave ratio (VSWR), and radiation behavior (where applicable) are provided.

Communication and reconnaissance systems are requiring increasing flexibility concerning functionality and efficiency for multiband and broadband frequency applications. Circuit-based reconfiguration mechanisms continue to promote radio frequency (RF) application flexibility; however, increasing limitations have resulted in hindering performance. Therefore, the implementation of a "wireless" reconfiguration mechanism provides the required agility and amicability for microwave circuits and antennas without local overhead. The wireless reconfiguration mechanism in this thesis integrates dynamic, fluidic-based material systems to achieve electromagnetic agility and reduce the need for "wired" reconfiguration technologies. The dynamic material system component has become known as electromagnetically functionalized colloidal dispersions (EFCDs). In a microfluidic reconfiguration system, they provide electromagnetic agility by altering the colloidal volume fraction of EFCDs - their name highlights the special considerations we give to material systems in applied electromagnetics towards lowering loss and reducing system complexity. Utilizing EFCDs at the RF device-level produced the first circuit-type integration of this reconfiguration system; this is identified as the coaxial stub microfluidic impedance transformer (COSMIX). The COSMIX is a small hollowed segment of transmission line with results showing a full reactive loop (capacitive to inductive tuning) around the Smith chart over a 1.2 GHz bandwidth. A second microfluidic application demonstrates a novel antenna reconfiguration mechanism for a 3 GHz microstrip patch antenna. Results showed a 300 MHz downward frequency shift by dielectric colloidal dispersions. Magnetic material produced a 40 MHz frequency shift. The final application demonstrates the dynamically altering microfluidic system for a 3 GHz 1x2 array of linearly polarized microstrip patch antennas. The parallel microfluidic capillaries were imbedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Both E- and H-plane designs showed a 250 MHz frequency shift by dielectric colloidal dispersions. Results showed a strong correlation between decreasing electrical length of the elements and an increase of the volume fraction, causing frequency to decrease and mutual coupling to increase. Measured, modeled, and analytical results for impedance, voltage standing wave ratio (VSWR), and radiation behavior (where applicable) are provided.