Les travaux présentés dans cette thèse sont divisés en deux parties. La première partie est consacrée au développement d'un code de calcul électromagnétique basé sur la méthode TLM (Transmission Line Matrix) pour la modélisation des géométries très hétérogènes, nécessitant la prise en compte de maillages non-conformes localement raffinés. Cet aspect multi-échelle consiste à résoudre un problème de couplage spatio-temporel. Le couplage spatial est mis en œuvre en utilisant la technique des transformateurs introduite par Wlodarczyk. Notre effort s'est porté plus particulièrement sur le couplage temporel afin de pouvoir utiliser le pas temporel maximum dans chaque sous-maillage. Des techniques d'interpolation temporelle de type Taylor de second ordre et cubique Spline ainsi qu'une méthode de prédiction temporelle inspirée de la méthode de Prony-Pisarenko pour l'analyse spectrale ont été mises en œuvre et évaluées. La deuxième partie est consacrée à la conception de rectennas. Ces structures non linéaires, à la géométrie complexe et hétérogène, intégrant des diodes Schottky, sont les éléments clés des systèmes de transmission ou de récupération d'énergie sans fil. Leur simulation globale (circuit-électromagnétique) dans le domaine temporel par la TLM constitue un avantage par rapport aux logiciels commerciaux qui nécessitent des ajustements de certains paramètres SPICE par des réalisations et caractérisations expérimentales à priori, compliquant ainsi le processus de conception. Cela a permis de prédire avec précision le rendement de conversion d'une rectenna globale et de développer puis caractériser expérimentalement deux rectennas compactes fonctionnant à 2.45GHz.

<p>Silicon carbide is a promising wide bandgap semiconductormaterial for high-temperature, high-power, and high-frequencydevice applications. However, there are still a number offactors that are limiting the device performance. Among them,one of the most important and critical factors is the formationof low resistivity Ohmic contacts and high-temperature stableSchottky diodes on silicon carbide.</p><p>In this thesis, different metals (TiW, Ti, TiC, Al, and Ni)and different deposition techniques (sputtering andevaporation) were suggested and investigated for this purpose.Both electrical and material characterizations were performedusing various techniques, such as I-V, C-V, RBS, XRD, XPS,LEED, SEM, AFM, and SIMS.</p><p>For the Schottky contacts to n- and p-type 4H-SiC, sputteredTiW Schottky contacts had excellent rectifying behavior afterannealing at 500 ºC in vacuum with a thermally stableideality factor of 1.06 and 1.08 for n- and p-type,respectively. It was also observed that the SBH for p-type SiC(Φ_Bp) strongly depends on the choice the metal with alinear relationship Φ_Bp= 4.51 - 0.58Φ_m, indicating no strong Fermi-level pinning.Finally, the behavior of Schottky diodes was investigated byincorporation of size-selected Au nano-particles in Ti Schottkycontacts on silicon carbide. The reduction of the SBH isexplained by using a simple dipole layer approach, withenhanced electric field at the interface due to the small sizeof the circular patch (Au nano-particles) and large differenceof the barrier height between two metals (Ti and Au) on both n-and p-SiC.</p><p>For the Ohmic contacts, titanium carbide (TiC) was used ascontacts to both n- and p-type 4H-SiC epilayers as well as onAl implanted layers. The TiC contacts were epitaxiallydeposited using a co-evaporation method with an e-beam Tisource and a Knudsen cell for C₆₀, in a UHV system at low substrate temperature(500 ºC). In addition, we extensively investigatedsputtered TiW (weight ratio 30:70) as well as evaporated NiOhmic contacts on both n- and p-type epilayers of SiC. The bestOhmic contacts to n-type SiC are annealed Ni (>950ºC)with the specific contact resistance of ≈ 8× 10^-6Ω cm²with doping concentration of 1.1 × 10^-19cm^-3while annealed TiW and TiC contacts are thepreferred contacts to p-type SiC. From long-term reliabilitytests at high temperature (500 ºC or 600 ºC) invacuum and oxidizing (20% O₂/N₂) ambient, TiW contacts with a platinum cappinglayer (Pt/Ti/TiW) had stable specific contact resistances for>300 hours.</p><p><b>Keywords</b>: silicon carbide, Ohmic and Schottky contacts,co-evaporation, current-voltage, capacitance-voltagemeasurement, power devices, nano-particles, Schottky barrierheight lowering, and TLM structures.</p>

Gold mining by artisinal (small-medium scale) miners causes an immense amount of damage to the environment (i.e. soil erosion, mobilization of heavy metals, etc.).1, 2 One of the most popular gold mining techniques employed by artisinal miners in Guyana is mercury amalgamation. During the amalgamation process approximately 300 metric tons/yr 11, 12 of mercury is used. Mercury once in the environment can be transported through the air, soil, and water column. It is estimated that 90-99% of total mercury (THg) is associated with the sediment. An understanding of the geochemical conditions that affect the fate of mercury in soils, which can act as potential sinks or sources for mercury, can provide solutions for reduced environmental impacts of mercury contamination. Local Guyanese agencies have become concerned with the quality of the water, soil, biota, and human impact in remote locations in the interior of Guyana. Therefore, soil samples were collected from two local mines in Guyana's Arakaka-Mathew's Ridge area. Two soil samples (Pakera Creek and Philip's Mine) and a commercially available iron-oxide sorbent, Kemiron, underwent CVAAS, BET surface area analysis, electron dispersion spectroscopy, and x-ray diffractometry. THg concentrations for recovered soil samples were approximately 300 ng/kg. In addition, samples were subjected to batch equilibrium sorption studies as a function of pH and mercury species/concentration added as Hg(NO3)2 and HgCl2. All samples showed significant amounts of sorption between pH 3-9 for 100-1,000 ppb Hg added as Hg(NO3)2. When HgCl2.was added to the batch reactor containing Kemiron, an iron-oxide surface, the adsorption behavior of Hg2+ decreased. Philip's Mine solids, characterized as silicon dioxide by BET, had the lowest surface area (4 m2/g) and sorption when added as Hg(NO3)2 and HgCl2. On the other hand, Kemiron and Pakera Creek displayed similar sorption behaviors with high sorption across all pH ranges. This may be due to similar chemistry and larger surface areas. Surface loadings were 200 mg/kg and 2,000 mg/kg for experiments with 100 ppb Hg and 1,000 ppb Hg, respectively. Further analysis is required to identify the binding mechanisms between mercury and samples as well as the role of organic matter content on samples.

L'intégration de plusieurs processeurs hétérogènes en un seul système sur puce (SoC) est une tendance claire dans les systèmes embarqués. La conception et la vérification de ces systèmes nécessitent des plateformes rapides de simulation, et faciles à construire. Parmi les approches de simulation de logiciels, la simulation native est un bon candidat grâce à l'exécution native de logiciel embarqué sur la machine hôte, ce qui permet des simulations à haute vitesse, sans nécessiter le développement de simulateurs d'instructions. Toutefois, les techniques de simulation natives existantes exécutent le logiciel de simulation dans l'espace de mémoire partagée entre le matériel modélisé et le système d'exploitation hôte. Il en résulte de nombreux problèmes, par exemple les conflits l'espace d'adressage et les chevauchements de mémoire ainsi que l'utilisation des adresses de la machine hôte plutôt des celles des plates-formes matérielles cibles. Cela rend pratiquement impossible la simulation native du code existant fonctionnant sur la plate-forme cible. Pour surmonter ces problèmes, nous proposons l'ajout d'une couche transparente de traduction de l'espace adressage pour séparer l'espace d'adresse cible de celui du simulateur de hôte. Nous exploitons la technologie de virtualisation assistée par matériel (HAV pour Hardware-Assisted Virtualization) à cet effet. Cette technologie est maintenant disponibles sur plupart de processeurs grande public à usage général. Les expériences montrent que cette solution ne dégrade pas la vitesse de simulation native, tout en gardant la possibilité de réaliser l'évaluation des performances du logiciel simulé. La solution proposée est évolutive et flexible et nous fournit les preuves nécessaires pour appuyer nos revendications avec des solutions de simulation multiprocesseurs et hybrides. Nous abordons également la simulation d'exécutables cross- compilés pour les processeurs VLIW (Very Long Instruction Word) en utilisant une technique de traduction binaire statique (SBT) pour généré le code natif. Ainsi il n'est pas nécessaire de faire de traduction à la volée ou d'interprétation des instructions. Cette approche est intéressante dans les situations où le code source n'est pas disponible ou que la plate-forme cible n'est pas supporté par les compilateurs reciblable, ce qui est généralement le cas pour les processeurs VLIW. Les simulateurs générés s'exécutent au-dessus de notre plate-forme basée sur le HAV et modélisent les processeurs de la série C6x de Texas Instruments (TI). Les résultats de simulation des binaires pour VLIW montrent une accélération de deux ordres de grandeur par rapport aux simulateurs précis au cycle près.

La modélisation numérique est devenue un outil indispensable qui permet la prise en compte de structures de plus en plus complexes. De nombreuses méthodes numériques ont été développées puis évoluées pour être adaptées au problème à résoudre. Parmi ces méthodes, la TLM (Transmission Line Matrix) est très connue par son efficacité dans la modélisation des structures en hyperfréquence. Nous nous sommes intéressés dans ce travail à la méthode FD-TLM, l'approche fréquentielle de la TLM. La formulation adoptée est dérivée de la TLM dans le domaine temporel moyennant une transformée de Fourier. Cette étude a englobé plusieurs aspects de la méthode en commençant par la présentation des principaux noeuds utilisés dans le maillage avant de passer à l'étude et l'analyse de l'erreur de vitesse dans la FD-TLM. Par la suite, une grande partie de ce travail a été consacrée à l'étude des parois absorbantes particulièrement les PML (Perfecly Matched Layers) et les opérateurs d'onde unidirectionnels qui ont présenté d'excellentes performances d'absorption. Finalement, dans le but d'une étude d'optimisation, la FD-TLM a été combinée à la méthode de segmentation permettant de subdiviser la structure en plusieurs sous-domaines qui peuvent être isolés et maillés séparément.

Cette thèse porte sur la synthèse des sources électromagnétiques (EM) rayonnantes, par la méthode TLM (Transmission Line Matrix) inverse. Les applications large-bande sont particulièrement visées. L'objectif est d'utiliser la théorie du retournement temporel des ondes EM, afin d'implémenter et développer une nouvelle méthode de synthèse des sources rayonnantes, à partir d'un diagramme de rayonnement connu. La retro-propagation des ondes est réalisée numériquement, par la méthode TLM inverse, en trois dimensions (3D), à nœuds symétriques condensés (SCN). L'algorithme proposé est utilisé pour retrouver des sources EM primaires, ponctuelles et réparties, émettant des signaux à large-bande [26GHz - 34GHz] et placées dans l'espace libre (sans pertes, homogène et non-dispersif). Les bases, le potentiel et les limites de cette approche inverse sont étudiés. Une étape supplémentaire est ajoutée afin d'améliorer la résolution spatiale de la reconstruction des sources ponctuelles et réparties. Une résolution inferieure à la demi-longueur d'onde de l'excitation est ainsi obtenue. La reconstruction des sources secondaires 1D et 2D, induites sur les surface métalliques des antennes est ensuite étudiée. Ces études ont abouti au développement d'un nouvel outil de simulation, basé sur une méthode hybride TLM-analytique. La synthèse des sources induites sur la surface d'une antenne-monopôle est ainsi réalisée, à partir du CL mesuré. L'orientation et la position des sources sont trouvées. Les avantages et les limitations de la technique sont enfin discutés.

This thesis describes the development of antennas suitable for mobile coinmunication systems based on a dielectric rod antenna fed from circular waveguide. Pattern control of the antenna is implemented using a combination of Frequency Selective Surface (FSS) elements and metallic endcaps placed on the antenna Both linear and circular polarised feeds have been made for these antennas to ensure they are suitable for a wide range of applications. The suitability of the dominant and next, higher order, waveguide mode were investigated and conclusions drawn as to their suitability for this type of antenna. The antennas were extensively modelled using a commercial TLM based solver and the results of these simulations were compared to the comprehensive set of antenna pattern measurements and S-parameter measurements obtained for the prototype antennas.

The motivation for this thesis was the need for further development of multibody dynamics simulation packages focused on detailed contact analysis. The thesis makes contributions in three different areas: Part I summarizes the equations, algorithms and design decisions necessary for dynamics simulation of flexible bodies with moving contacts. The assumed general shape function approach is presented. Additionally, the described technique enables studies of the residual stress release during grinding of flexible bodies. The proposed set of mode shapes was also successfully applied for modeling of heat flow. Part II is motivated by the need to reduce the computation time. The availability of the new cost-efficient multiprocessor computers triggered the development of the presented hybrid parallelization framework. The framework is designed to be easily portable and can be implemented without any system level coding or compiler modifications. Part III is motivated by the need for inter-operation with other simulation tools. A co-simulation framework based on the Transmission Line Modeling (TLM) technology was developed. The framework enables integration of several different simulation components into a single time-domain simulation. The framework has been used for connecting MSC.ADAMS and SKF BEAST simulation models. Throughout the thesis the approach was to present a practitioner roadmap. The detailed description of the theoretical results relevant for a real software implementation is put in focus. The software design decisions are discussed and the results of real industrial simulations are presented. This work has been supported by SKF, SSF/ProViking, ECSEL, KK-stiftelsen.

This thesis describes research on Efficient Discrete Modelling of Axisymmetric Radiating Structures . Investigating the possibilities of surmounting the inherent limitation in the Cartesian rectangular Transmission Line Modelling (TLM) method due to staircase approximation by efficiently implementing the 3D cylindrical TLM mesh led to the development of a numerical model for simulating axisymmetric radiating structures such as cylindrical and conical monopole antennas. Following a brief introduction to the TLM method, potential applications of the method are presented. Cubic and cylindrical TLM models have been implemented in MATLAB and the code has been validated against microwave cavity benchmark problems. The results are compared to analytical results and the results obtained from the use of commercial cubic model (CST) in order to highlight the benefit of using a cylindrical model over its cubic counterpart. A cylindrical TLM mesh has not previously been used in the modelling of axisymmetric 3D radiating structures. In this thesis, it has been applied to the modelling of both cylindrical monopole and the conical monopole. The technique can also be applied to any radiating structure with axisymmetric cylindrical shape. The application of the method also led to the development of a novel conical antenna with periodic slot loading. Prototype antennas have been fabricated and measured to validate the simulated results for the antennas.

Modern technologies are growing and Voice over Internet Protocol (VoIP) technology is able to function in heterogeneous networks. VoIP gained wide popularity because it offers cheap calling rates compared to traditional telephone system and the number of VoIP subscribers has increased significantly in recent years. End users need reliable and acceptable call quality in real time communication with best Quality of Service (QoS). Server complexity is increasing to handle all client requests simultaneously and needs huge processing power. VoIP Servers will increase processing power but the engineering tradeoff needs to be considered e.g. increasing hardware will increase hardware complexity, energy consumption, network management, space requirement and overall system complexity. Modern System-on-Chip (SoC) uses multiple core technology to resolve the complexity of hardware computation. With enterprises needing to reduce overall costs while simultaneously improving call setup time, the amalgamation of VoIP with SoC can play a major role in the business market. The proposed VoIP Server model with multiple processing capabilities embedded in it is tailored for multicore hardware to achieve the required result. The model uses SystemC-2.2.0 and TLM-2.0 as a platform and consists of three main modules. TLM is built on top of SystemC in an overlay architectural fashion. SystemC provides a bridge between software and hardware co-design and increases HW &amp; SW productivity, driven by fast concurrent programming in real time. The proposed multicore VoIP Server model implements a round robin algorithm to distribute transactions between cores and clients via Load Balancer. Primary focus of the multicore model is the processing of call setup time delays on a VoIP Server. Experiments were performed using OpenSIP Server to measure Session Initiation Protocol (SIP) messages and call setup time processing delays. Simulations were performed at the KTH Ferlin system and based on the theoretical measurements from the OpenSIP Server experiments. Results of the proposed multicore VoIP Server model shows improvement in the processing of call setup time delays.