Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HumbertoDA_DISSERT.pdf: 1369294 bytes, checksum: 4b7817dfceebc22263e36739d877c8f2 (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Recently, planar antennas have attracted interest due to its characteristics as well as the advantages they offer compared to other types of antennas. In the area of mobile communications the need for such antennas has become increasingly intense due to development, which requires antennas that operate in multifrequency and broadband. The microstrip antennas have narrow bandwidth due to losses in the dielectric caused by irradiation. Another limitation is the radiation pattern degradation due to generation of surface waves in the substrate. Some techniques are being developed to minimize this bandwidth limitation, as is the case in the study of type materials PBG - Photonic Band Gap, to compose the dielectric material. The analysis developed in this work were performed with use of the method LTT - Transverse Transmission Line, in the field of Fourier transform that uses a component propagating in the y direction (transerve real direction of propagation z), thus treating the general equations of the fields electric and magnetic fields as a functions of y E and Hy . This work has as main objective the method LTT structures resonator line slot with four layers of material photonic PBG, for obtaining the complex resonant frequency and efficiency of this structure. PBG theory is applied to obtain the relative permittivity for the substrate biases sep compounds photonic material. Numerical-computational results in graph form in two dimensions for all the analysis are presented for the proposed structures that have photonic materials, as substrates / Recentemente as antenas planares tem despertado interesses devido as suas caracter?sticas e vantagens que oferecem quando comparadas com os demais tipos de antenas. Na ?rea de comunica??es m?veis a necessidade de antenas desse tipo, tem se tornado cada vez mais utilizadas, devido ao intenso desenvolvimento, que necessita de antenas que operem em multifrequ?ncia e em banda larga. As antenas de microfita apresentam largura de banda estreita devido ?s perdas no diel?trico geradas pela irradia??o. Outra limita??o ? a degrada??o do diagrama de irradia??o devido ? gera??o de ondas de superf?cie no substrato. Algumas t?cnicas est?o sendo desenvolvidas para minimizar esta limita??o de banda, como ? o caso do estudo de materiais do tipo PBG Photonic Band Gap, para compor o material diel?trico. Este trabalho tem como objetivo principal a aplica??o do m?todo LTT ?s estruturas ressoadoras retangulares de fenda com quatro camadas de material fot?nico PBG, para a obten??o da freq??ncia de resson?ncia complexa e a efici?ncia de radia??o dessa estrutura. As an?lises desenvolvidas neste trabalho foram realizadas com utiliza??o do m?todo LTT Linha de Transmiss?o Transversa, no dom?nio da Transformada de Fourier que utiliza uma componente de propaga??o na dire??o y (transversa ? dire??o real de propaga??o z), tratando assim as equa??es gerais dos campos el?tricos e magn?ticos em fun??o de yEe yH. A teoria PBG ser? aplicada para a obten??o da permissividade relativa para as polariza??es s e p dos substratos compostos de material fot?nico. Resultados num?rico-computacionais s?o apresentados em forma de gr?fico em duas dimens?es para todas as an?lises realizadas para as estruturas propostas que tem como substratos, materiais fot?nicos

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Duas contribuiÃÃes caracteristicamente distintas, nÃo obstante correlacionÃveis num mesmo sistema de telecomunicaÃÃo, sÃo apresentadas. A primeira versa sobre antenas ressoadoras constituÃdas por novas cerÃmicas dielÃtricas à base de Fe2O3. Os materiais desenvolvidos foram caracterizados na faixa de micro-ondas. Tratam-se de dielÃtricos com baixa permissividade relativa, baixa tangente de perda, e, no caso das amostras monofÃsicas, com coeficiente de temperatura na frequÃncia de ressonÃncia negativo. Posteriormente, as antenas ressoadoras dielÃtricas de geometria cilÃndrica (CDRAs) suportadas em plano de terra retangular e alimentadas por sonda monopolar sÃo analisadas segundo critÃrios de desempenho de irradiaÃÃo, quais sejam: frequÃncia de ressonÃncia, impedÃncia de entrada, largura de banda e padrÃes de irradiaÃÃo. AlÃm de experimentaÃÃo, o seu estudo envolveu procedimento computacional, no que foi promovida a comparaÃÃo de resultados. O mÃtodo dos elementos finitos, no qual està baseado o programa comercial empregado, foi utilizado para anÃlise destas antenas. Resulta que para maiores valores de permissividade relativa de uma amostra, menores sÃo a frequÃncia em que a mesma ressoa e a sua largura de banda. Ainda, foi observado satisfatÃrio casamento de impedÃncia e padrÃes de irradiaÃÃo "broadside", o que candidata os novos materiais desenvolvidos a esta importante aplicaÃÃo. Adicionalmente, mediante empilhamento dos protÃtipos monofÃsicos examinados, foi verificada a remodelagem da largura de banda em relaÃÃo Ãs contrapartidas individuais, provavelmente devido à excitaÃÃo de modos de ordem elevada das CDRAs. A segunda contribuiÃÃo està enfocada no contexto dos guias de ondas dielÃtricos operando em frequÃncias Ãpticas. Neste cenÃrio, sÃo investigados acopladores refletores de Bragg a fibra (FBGCs), estruturas resultantes da combinaÃÃo de dois dispositivos reconhecidamente versÃteis e de ampla aplicaÃÃo: redes de Bragg e acopladores direcionais. Foram apreciados dois estudos de caso numÃricos nos quais se fez promover a interaÃÃo de sinais Ãpticos com as estruturas propostas. Na medida em que descreve com satisfatÃria precisÃo as propriedades Ãpticas dos dispositivos de interesse, o modelo matemÃtico empregado à baseado na teoria dos modos acoplados. O tratamento numÃrico à realizado mediante codificaÃÃo, em linguagem de programaÃÃo FORTRAN, de um algoritmo preditivo-corretor. Considerando regimes pulsados em termos da potÃncia operacional, o problema foi analisado no domÃnio da frequÃncia e, sobretudo, no domÃnio do tempo. Em condiÃÃes especÃficas, a possibilidade de realizaÃÃo da extraÃÃo, reconfiguraÃÃo e comutaÃÃo de pulsos, exemplos de funÃÃes essenciais ao processamento totalmente Ãptico, reforÃam a importÃncia de tais estruturas hÃbridas. / Two heterogeneous contributions to modern communication systems â although fully possible to be correlated â are presented. The first one deals with resonant antennas consisting of new dielectric ceramics based on Fe2O3. These materials characterized at microwave frequency range possess low relative permittivity, low loss tangent and, concerned with the monophasic samples, negative temperature coefficient of resonant frequency. Subsequently, the cylindrical dielectric resonator antennas (CDRAs) supported on rectangular ground plane and fed by monopole are analyzed according to the following radiation performance criteria: resonant frequency, input impedance, bandwidth and radiation patterns. Besides experimentation, the study involved computational procedure, so that the results of both can be compared. A commercial software based on the finite element method was employed to examine the CDRAs. It follows that as higher is the permittivity of a material, the lower are the frequency at which it resonates as well as its bandwidth. Satisfactory impedance matching and broadside radiation patterns are observed, what enables the materials investigated to this relevant application. Additionally, the stacking of the monophasic CDRAs prototypes resulted in bandwidth enhancement, presumably due to their excited high order modes. The second contribution focuses on dielectric waveguides operating at optical frequencies, being fiber Bragg grating couplers (FBGCs) investigated in this scenario. Indeed, they result from a combination of two versatile and widely applied devices: fiber Bragg gratings and directional couplers. Two numerical case studies related to the interaction between optical signals and structures were performed. The theoretical model observed is based on the coupled mode theory since it provides a satisfactorily accurate description of the devices optical properties. By the way, the theoretical model is coded in FORTRAN programming language according to a predictor-corrector algorithm. In terms of operational power levels, analyses are carried out in frequency and (mainly) time domains. Under specific conditions, the capability of the extraction, reshaping and switching of pulses â examples of essential functions for all-optical processing â reinforces the importance of such hybrid structures.

Les développements récents des systèmes hyperfréquences conduisent à des contraintes drastiques sur la taille et le coût des composants, et en particulier sur les Filtres Passe-Bande (BPF). L’objectif de cette thèse était d’apporter des solutions innovantes pour du filtrage large-bande compact en basses fréquences. Nous avons proposé deux solutions topologiques de compacité.La première solution est axée sur l’amélioration de la compacité des résonateurs grâce au résonateur multi-sections. Cette topologie a été théorisée et modélisée afin de l’optimiser. La compacité apportée par le résonateur multi-sections a été démontrée à travers la réalisation de filtres interdigité. La deuxième solution est une nouvelle topologie du filtre combline appelée filtre combline à couplage électrique (ECC). Nous avons également montré que ces solutions topologiques sont compatibles avec d’autres solutions technologiques de compacité (multicouche…).Ces solutions permettent de résoudre les problèmes d’encombrement et d’intégration des filtres actuels tout en gardant des performances électriques équivalentes. / Recent developments in microwave systems lead to drastic constraints on the size and cost of components, and in particularly on Passband Filters (BPF). The aim of this thesis was to provide innovative solutions for low band compact broadband filtering. We proposed two topological solutions of compactness.The first solution focuses on improving the compactness of the resonator thanks to the multisections resonator. This topology has been theorized and modeled to optimize it. The compactness provided by the multi-sections resonator has been shown by the realization of interdigital filters. The second solution is a new topology of the combline filter, electrical coupling combline filter (ECC).We have also shown that these topological solutions are compatible with other technological solutions of compactness (multilayer ...).These solutions solve the size and integration problems of current filters with equivalentelectrical performance.

Les télécommunications sont devenus indispensables dans notre monde actuel. De plus, le volume des données échangées ne cesse de croître. En effet, nous pouvons transmettre nos photos, nos vidéos au monde entier. Nonobstant, nous ne voulons pas attendre pour les avoir, ce qui exige un débit de données très important et par conséquent des signaux avec des bandes passantes plus larges. Les satellites de télécommunications doivent donc s’adapter, c'est pourquoi nous proposons dans ces travaux la recherche de filtre à large bande avec une recherche de compacité et de faibles pertes. Nous nous sommes intéressés à l'utilisation de matériaux céramiques qui permettent d'obtenir de bonnes performances vis à vis de nos besoins. Notre travail est aussi rendu possible par le développement de procédés de fabrication additifs, comme par exemple la stéréolithographie, qui va nous permettre de nous affranchir fortement de règles de dessin contraignantes que nous pourrions avoir en utilisant des procédés classiques. Nous avons développé des filtres avec de larges bandes passantes autour de 4GHz. Une première étude nous a permis de rechercher des concepts qui permettent d'obtenir de forts couplages, conditions sine qua non pour réaliser ces filtres. Plusieurs concepts sont présentés ainsi que leur fabrication et leur mesures. Nous avons ainsi démontré expérimentalement que les concepts proposés, à base de pièces monoblocs céramiques, sont capables de produire des filtres à bandes passantes supérieures à 60 % (voire même 110 % pour une version améliorée). / Every day, the data exchanges increase thanks to the new technologies. We can keep our files, our pictures, our videos online to have an access anywhere on the planet (for now). In this way, the data output of the telecommunication systems has to be increased in order to satisfy the more and more demanding users. One way to allow this is to increase the bandwidths of the different signals, making possible to transmit more data at the same time. In this work, we will develop wide bandpass filters dedicated to space telecommunications. For that purpose, we need them to be compact, with low insertion loss and a limited number of parts to assemble. Consequently, we are interested to use resonators made with ceramic materials that permits to reach such properties. Moreover, these materials are compatible with stereolithography, an additive manufacturing process. Such technology is here very useful for our purpose since its design freedom allows the creation of almost all kind of geometries. To realize such wide bandpass filters, we need strong couplings between the different resonators and also for the accesses, so we will present our studies focused on reaching these specific objectives. Then, we will present different designs of wide bandpass filter around 4GHz. After different generation of ceramic based components, we are be able to experimentally create a 60% bandwidth (even 100% for our last version) very compact bandpass filter filling the objectives of this PhD thesis.

L'étude du couplage optomécanique, soit l'interaction entre un résonateur mécanique et la lumière venant mesurer sa position est née avec les recherches visant à détecter les ondes gravitationnelles. Ce couplage limite la sensibilité des mesures interférométriques nécessaires à leur observation.Cette limite est d'origine quantique : à tout appareil de mesure est associé un bruit (le bruit de phase des lasers). De plus, en vertu des inégalités de Heisenberg toute mesure d'un système le perturbe. On parle d'action en retour (liée aux bruits d'intensité des lasers). La lumière étant un objet quantique, il n'est pas possible de réduire simultanément les fluctuations de phase et d'intensité. La sensibilité d'une mesure interférométrique a donc pour minimum la limite quantique standard. Cette limite n'a jamais été observée à température ambiante.Nous décrivons dans ce manuscrit les effets de la pression de radiation sur un résonateur mécanique plan-convexe utilisé comme miroir de fond d'une cavité Fabry-Perot de grande finesse. A température ambiante, le bruit de pression de radiation est largement masqué par le bruit thermique. Ceci conduit à la mise en place d'une expérience pompe-sonde et à mesurer les corrélations entre ces deux faisceaux. En outre, cette expérience est très sensible au désaccord du laser avec la cavité. Nous utilisons une modulation de la position du résonateur afin de s'asservir le mieux possible à la cavité. Compte tenu du faible niveau de corrélations à mesurer, nous caractérisons les limites qu'impose le bruit classique des lasers. Nous présentons également le développement de nouveaux résonateurs optomecaniques en quartz. / Optomechanical coupling, that is the interaction between mechanicals modes of a resonator and light sensing its position, is a field of study that was born with the gravitational waves quest. This coupling poses limits to the sensitivity of interferometric measurements needed to detect them.This limit is of quantum origin. Indeed, every measurement apparatus has its own noise, we call it measurement noise. Moreover according to the Heisenberg inequalities, every measurement of a system disturbs it in some way. We call it back-action. In optomechanics, the measurement noise is the laser phase-noise while back-action stems from intensity-noise. Both of them have quantum origin and cannot be made arbitrary small. The sensitivity of classic interferometric measurement is then the result of a tradeoff between those two noises and cannot be lower than what is called the standard quantum limit. This limit has never been observed at room-temperature in a table-top experiment. The effects of radiation-pressure on a plano-convex resonator embedded in a high-finesse Fabry-Perot cavity are described in this work. At room-temperature the quantum radiation pressure noise is overwhelmed by thermal noise. This lead to use a pump-probe experiment where two laser beams are send in the cavity and measure their correlations. This experiment is extremely sensitive to the cavity- laser detuning. We propose to modulate the mirror position and use this precisely lock the lasers to the cavity. The correlations we aim to measure are extremely low so we characterize the limits put by classical noise of the laser system on the experiment. We also present the development of new quartz resonators.

L’objectif de ce travail était de concevoir et réaliser par impression un capteur acoustique capacitif résonant bas coût. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet collaboratif de recherche intitulé « Spinnaker », défini par la société Tagsys RFID qui souhaite intégrer ce capteur afin d’améliorer la géolocalisation des étiquettes RFID. Ce travail a débuté par la conception et l’optimisation du design en utilisant la simulation par éléments finis (COMSOL) ainsi que des plans d’expériences (DOE : Design of Experiment). Cette première étape a permis de déterminer les paramètres optimaux et démontrer que les performances obtenues étaient conformes aux spécifications. Nous avons ensuite développé les différentes briques technologiques nécessaires à la réalisation des prototypes en utilisant conjointement l’impression 2D par inkjet et l’impression 3D. Nous avons vérifié la fonctionnalité de ces capteurs à l’aide de mesures électriques capacitives et acoustiques par vibrométrie laser. Nous avons démontré la sélectivité en fréquence des capteurs réalisés et comparé les résultats expérimentaux à ceux obtenus par simulation. Enfin, nous avons enfin exploré la « voie piezoélectrique » qui nous semble être une alternative intéressante au principe capacitif. En l’absence d’encre piézoélectrique commerciale imprimable par jet de matière, nous avons formulé une encre imprimable à base du co-polymère PVDF-TrFE et démontré le caractère piézoélectrique des couches imprimées. Les résultats sont prometteurs mais des améliorations doivent encore être apportées à cette encre et au procédé d’impression avant de pouvoir fabriquer des premiers prototypes. / The objective of this work was to design and fabricate a low cost resonant capacitive acoustic sensor using printing techniques. It falls within the frame of a collaborative research project named “Spinnaker”, set up by TAGSYS RFID, a French company, which has planned to integrate this sensor to improve the geolocalization of their RFID tags. This work started with the design and optimization of the sensor using finite element modeling (COMSOL) and design of experiments (DOE). This first step has enabled the identification of the optimum set of parameters and demonstrated that the output responses were in accordance with the specifications. Then, we have developed the different technological building blocks required for the fabrication of the prototypes using jointly the 2D inkjet printing technique and 3D printing method. The functionality of the sensors has been characterized using both capacitive and acoustic measurements using laser Doppler vibrometer. Experimental results showed that sensitivity and selectivity were within the specifications and in good agreement with the modeling results. Finally, we investigated the piezoelectric approach which could be an interesting option to the capacitive one. Since no inkjet printable piezoelectric ink is commercially available, stable inkjet printable polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) ink has been developed. PVDF-TrFE layers were then successfully printed and characterized. The results were quite promising, however further improvements of the ink and printing process are required before stepping towards piezoelectric based device fabrication.

Le besoin d’appareils compacts et autonomes dédiés à la détection d’espèces chimiques pour des analyses de terrain est d’actualité dans un contexte international en rapide mutation (agroalimentaire, développement durable, sécurité, etc.). La thèse présentée au sein de ce manuscrit, financée par la Délégation Générale de l’Armement, développe de nouvelles solutions de capteurs résonants à ondes élastiques de volume à modes harmoniques élevés (HBARs) pour la détection de gaz et plus particulièrement de composés explosifs. Ces résonateurs de très haute compacité se composent d’un transducteur reporté ou déposé sur une cavité résonante multimode, produisant un spectre de raies modulant sa propre réponse fréquentielle. De nature dipolaire, ces résonateurs permettent toutefois la mise au point de quadripôles par couplage latéral de modes mis à profit dans nos travaux. L’étude théorique du comportement de résonateurs à base de niobate de lithium aminci et reporté sur quartz ou fondés sur un empilement de nitrure d’aluminium et de silicium a permis de déterminer les propriétés gravimétriques spécifiques de chaque combinaison de matériaux et des modes associés. Des méthodes de calibrage en phase liquide et gazeuse sont proposées pour valider l’analyse théorique et permettre le choix de la structure la mieux adaptée à une configuration expérimentale donnée. Les résultats obtenus, comparés à ceux d’une microbalance à ondes guidées sur quartz, mettent en évidence les forces (compacité, cinétique chimique réduite, nature multi-physique des mesures) et faiblesses (sensibilité gravimétrique imposant des structures d’épaisseur inférieure à 100 μm) de notre solution face à cette référence. Nous avons également développé une électronique de traitement en boucle ouverte des informations issues de nos dispositifs, permettant des modes de détection rapide ou de haute précision (quelques milli-degrés de variation de phase). L’électronique dédiée a pour vocation de fournir la flexibilité nécessaire au suivi de nombreux modes à diverses fréquences fixes et de s’affranchir des temps longs de balayage en fréquence des analyseurs de réseaux généralistes. Une version à8 voies permet enfin la manipulation de plusieurs capteurs ou l’étude en parallèle des modes de 2 HBARs, donnant ainsi lieu à un système multi-physique efficace associé à des capteurs capables de sonder plusieurs grandeurs dans un volume de très petite dimension (quelques mm3). La limite de détection est déterminée par le bruit de phase de l’oscillateur local. Le système ainsi réalisé est exploité pour la détection de gaz mais aussi pour le pilotage de grandeurs physiques telles que la température ou la viscosité (milieux aqueux) dans différents contextes expérimentaux. / The demand for compact and autonomous systems devoted to field detection of gaseous compounds is still persisting in arapidly changing international context (food-processing, sustainable development, security, and so on). The thesis reportedin this manuscript, supported by the Délégation Générale de l’Armement, develops new resonant sensor solutions basedon high overtone bulk acoustic waves (so-called HBARs) for chemical compound detection and more specifically explosivesubstances. These high compactness resonators are built using a transducer bound or deposited onto a resonant cavity,yielding a comb spectrum modulating its own frequency response. They are used generally as dipoles, but a quadrupolestructure allowing for transverse mode coupling has been particularly used for our developments. A theoretical study ofthe behaviour of these devices based on lithium niobate-on-quartz or qluminum nitride-on-silicon material stack has beenachieved to determine the gravimetric properties of these configurations accounting for their mode specificities. Variouscalibration techniques have been implemented to confirm the theoretical analysis and to define the most appropriate structurefor a given application. The produced results have been compared to those of a quartz guided-wave micro-balance toemphasize the strength (compactness, reduced chemical kinetics, multiphysics measurements) and weakness (gravimetricsensitivity requiring device thickness less than 100 μm) of our devices. An embedded signal processing electronics alsohas been developed to treat the information provided by our sensors, offering fast or accurate (millidegree range) detectionprotocols. The dedicated electronics aims at providing the flexibility needed to track multiple modes at variaous fixed frquencieswhile getting rid of the long sweep time of general purpose network analyzers. A eight-channel version of thissystem has been set to process several sensor in parallel or to monitor several modes of two HBAR sensors for effectivemuti-physics measurements in a reduced analysis domain (a few cubic mm). Phase noise is the limiting factor determiningthe detection limit. The system has been deployed for gas detection as well as for monitoring other physical parameters suchas temperature or viscosity under various experimental condition including fluid media.

Les structures de base de méta-matériaux nourrissent une alternative technologique prometteuse qui vise à répondre à de nouvelles contraintes de miniaturisation et de performances radioélectriques des systèmes reconfigurables à bas coût.Les travaux de cette thèse reposent sur l’association des cellules Métamateriaux unitaires sub-longueurs d’ondes miniatures et agiles, selon des conditions d’excitation électromagnétique en champ proche, à des dispositifs micro-ondes planaires afin de réaliser de nouvelles structures de filtres et de systèmes antennaires reconfigurables.Après une présentation de l’état de l’art, sur à la fois le concept des Métamateriaux micro-ondes et des modèles de filtres et d’antennes à base des Métamateriaux, nos travaux proposent ensuite sur quatre orientations. La première a trait à l’ingénierie de conception et de simulation électromagnétique des cellules unitaires Métamateriaux, ainsi qu’à l’étude de la miniaturisation et de l’agilité des paramètres électriques.La deuxième orientation est consacrée à la réalisation de nouveaux modèles de filtres agiles basés sur le chargement d’une ligne microruban par des résonateurs sub-longueurs d’onde. Deux modèles de filtres sont développés et validés expérimentalement. Le premier concerne un filtre coupe bande basée sur l’association d’une ligne microruban à des résonateurs de type SRR. Selon le même modèle, un filtre passe bande basé sur une ligne microruban associée à deux cellules résonantes à deux fréquences différentes est proposé. Le deuxième modèle concerne un filtre coupe bande à base d’une ligne microruban chargée par des cellules CSRR, une étude de miniaturisation de ce modèle a été présentée et utilise aussi bien l’optimisation des paramètres géométriques qu’électriques ; un facteur de réduction de 5 est obtenu par rapport au filtre coupe bande de base. Les techniques d’agilité étudiées sont basées sur le chargement de la cellule par des éléments électroniques actifs tels que les diodes PIN et Varactor qui sont logés en des positions appropriées. Les résultats obtenus ont montré une variation intéressante des paramètres du filtre en fonction de la tension de polarisation des diodes.La troisième orientation de la thèse vise à introduire de nouveaux modèles d’association en champ proche entre une antenne monopole ULB et des cellules Métamateriaux de type SRR et CSRR. Ces nouveaux modèles ont pour objectif de répondre à des verrous technologiques en termes de reconfigurabilité spectrale tout en préservant le caractère faible encombrement de l’antenne. Le premier modèle proposé concerne une antenne monopole associée à des cellules SRR imprimées sur le substrat à proximité de la ligne d’alimentation de l’antenne. Les résultats théoriques et expérimentaux confirment le comportement coupe bande autour de la fréquence de résonance de la cellule, et une stabilité des performances de rayonnement sur le reste de la bande passante de l’antenne de référence. Pour Le deuxième modèle, le monopole rayonnant est directement chargé par les cellules SRR et CSRR. Après optimisation des conditions d’alimentation des cellules, les résultats de simulation confirment à la fois le comportement coupe bande autour de la fréquence de résonance de la cellule et la stabilité de rayonnement.La dernière orientation concerne la réalisation de deux nouveaux systèmes antennaires à multi contraintes fréquentielles, pour le besoin de la Radio cognitive. Le premier système est basé sur une antenne monopole et des cellules SRR agiles. Les résultats de mesure et de simulation ont montré l’obtention d’un comportement ULB avec des deux bandes filtrées reconfigurables. Le deuxième nouveau système tente de répondre aux exigences antennaires de la technologie radio cognitive. L’ensemble des résultats obtenus ont montré une flexibilité de passage du mode antenne-capteur (ULB) à une antenne de communication à bande étroite reconfigurable. / The basic structures of metamaterial nourish a promising alternative technology, which aims to meet new demands of miniaturization and performance of reconfigurable radio systems. The work of this thesis based on the combination of miniature and agile cells, according to excitation conditions in the near-field electromagnetic, and a planar microwave devices to achieve a new structure of filters and reconfigurable antenna systems. After a presentation of the state of the art, on both the concept of metamaterial microwave and models of filters and antennas based on metamaterial, our work then propose four orientations. The first relates to the engineering design and simulation of electromagnetic metamaterial unit cells, and the study of miniaturization and agility of the electrical parameters. The second orientation is devoted to the realization of new models of filters based on loading the microstrip line with metamaterial resonators. Two filter models are developed and validated experimentally. The first concerns a band stop filter based on the combination of a microstrip line and SRR resonator. According to the same model, a band-pass filter based on a microstrip line associated with two cells in two different resonant frequencies is proposed. The second model provides a band stop filter based on a microstrip line loaded with CSRR cells, a study miniaturization of this model was presented and used both geometric and electrical optimization of parameters. The agility techniques studied are based on the loading of the cell by active electronic elements such as PIN and varactor diodes which are inserted in appropriate positions. The obtained results showed an interesting variation of the filter parameters. The third focus of the thesis is to introduce new models of association in the near-field, between UWB monopole antenna and metamaterial. The first model relates a monopole antenna associated with SRR cells printed in the substrate close to the excitation line of the antenna. The theoretical and experimental results confirm the behavior stop band around the cell resonance frequency, and a stable performance of radiation in the rest of the reference antenna bandwidth. For the second model the monopole is loaded by the SRRs CSRRs cells. After optimization of the cells excitation conditions, the simulation results confirm both the stop band behavior around the cell resonance frequency and the stability of the radiation pattern. The latest orientation concerns the realization of two new antenna systems with multi frequency constraints for cognitive radio application. The first system is based on a monopole antenna and tunable SRRs cells. The measurement and simulation results show a UWB behavior with two reconfigurable and controllable filtered bands. The second new systems tempt to reply the antennas systems requirements used in the cognitive radio. All results showed a flexibility of switching from antenna-sensor (ULB) to a communication antenna with tunable and controllable narrow band.

El silicio es un material de suma importancia en microelectronica y en fotonica. Las propiedades semiconductoras del silicio estan detras de los conceptos que gobiernan el funcionamiento de la mayoría de los dispositivos electronicos como los diodos y los transistores. El concepto de integracion ha permitido procesar dispositivos muy pequeños, llegando a alcanzar un tamaño nanometrico. El alto indice de refraccion del silicio permite confinar la luz en estructuras de tamaño micrometrico. Este es el caso de dispositivos fotonicos tales como las guias de onda y las cavidades. Usualmente, tanto los dispositivos fotonicos como los electronicos estan basados en la tecnologia planar, es decir poseen una topologia plana, siendo esto una fuente de perdidas. Es bien conocido que las cavidades esfericas confinan la luz con mas eficiencia que las cavidades planares. Esta tesis trata sobre el desarrollo de un nuevo tipo de microparticulas esfericas que llamamos Coloides de Silicio. Debido a su forma esferica, su alto indice de refraccion y su suave superficie, estas particulas funcionan como microcavidades opticas con modos resonantes bien definidos en el infrarrojo cercano. La tesis reporta sobre la sintesis, y las propiedades estructurales y opticas de los coloides de silicio con diametro entre 0.5 y 3.5 micrometros. Los coloides de silicio pueden facilitar el desarrollo de microcavidades de alto factor de calidad con alta eficiencia de confinamiento de la luz, y permitir la integracion de dispositivos electronicos y fotonicos tales como una union p-n en una sola particula coloidal. Esta tesis reporta tambien sobre los coloides de silicio como elementos integrantes de las Esponjas Fotonicas, las cuales estan formadas por una red desordenada de microesferas de silicio de diferentes tamaños, e interaccionan con la luz fuertemente en un ancho rango de longitudes de onda. / Tymczenko, MK. (2010). Photonic microcavities and photonic sponges based on silicon colloids [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8425 / Palancia

RF and microwave applications represent one of the fastest-growing segments of the high performance electronics market, where ongoing innovation is critical. Manufacturers compete intensively to meet market needs with reduced cost, size, weight and many other performance criteria demands. Under this scenario, transmission lines based on metamaterial concepts can be considered a very interesting alternative to the conventional transmission lines. They are more compact (compatible with planar manufacturing processes) and present higher degrees of design flexibility. Furthermore, metamaterial transmission lines can also provide many other unique properties not achievable with ordinary transmission lines, such as dispersion or impedance engineering. Nevertheless, the impact in the industry is still not relevant, mostly due to the complexity of the related synthesis and design procedures. These procedures are mainly based on the engineer’s experience, with the help of costly full-wave electromagnetic (EM) simulators and parameter extraction methods. The aim of this thesis is to contribute to simplify and speed up the synthesis and design procedures of artificial transmission lines. In particular, the lines obtained by periodically loading a conventional transmission line with electrically small resonators, such as split ring resonators (SSRs) or its complementary particle (CSRR). The design procedure is automated by using Space Mapping techniques. In contrast to other alternative methods, real synthesis is found from the circuit schematic (that provides a given target response) and without need of human intervention. Some efforts to make the method practical and useful have been carried out. Given a certain target response, it is determined whether it can be physically implemented with a chosen technology, and hence proceeding next to find the synthesis, or not. For this purpose, a two-step Aggressive Space Mapping approach is successfully proposed. In contrast to other methods, the real synthesis is found from certain target circuit values (corresponding to the equivalent circuit model that characterizes the structure to be synthesized). Different efforts have been carried out in order to implement a useful and practical method. Some of them were focused to determine if, given certain circuit parameters (which determine the target response) and certain given technology specifications (permittivity and height of the substrate, technology limits), that response is physically realizable (convergence region). This technique was successfully formulated and it is known as “Two-Step Aggressive Space Mapping Approach”. In this work, the latest improvements made till date, from the synthesis of basic unit cells until different applications and kinds of metamaterial-based circuits, are presented. The results are promising and prove the validity of the method, as well as its potential application to other basic cells and more complex designs. The general knowledge gained from these cases of study can be considered a good base for a coming implementation in commercial software tools, which can help to improve its competitiveness in markets, and also contribute to a more general use of this technology. / Rodríguez Pérez, AM. (2014). Synthesis of Planar Microwave Circuits based on Metamaterial Concepts through Aggressive Space Mapping [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48465 / TESIS