L'introduction des technologies MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems") dans les modules hyperfréquences répond au besoin croissant en systèmes de communications intégrables, reconfigurables et présentant d'excellentes performances électriques jusqu'aux fréquences millimétriques. Le développement de nouvelles architectures intelligentes jusque là inaccessibles aux technologies traditionnelles est également envisageable grâce à ces composants. Cela dit, la conception multi-physique de ces circuits alliant des aspects électrostatiques, mécaniques et électromagnétiques reste difficile à mettre en Suvre et complique leur optimisation. De plus, peu de recherches se sont focalisées sur la tenue en puissance de ces composants, pourtant primordiale pour envisager leur intégration dans des chaînes d'émission radio fréquences. Nos travaux de thèse ont porté sur la conception et la caractérisation de micro-interrupteurs MEMS de puissance et de circuits hyperfréquences les intégrant et opérant en bande X (10GHz). Le premier chapitre présente une méthodologie multi-physique de conception de commutateurs MEMS RF électrostatiques à contact capacitif réalisés au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes. Cette méthodologie, associée à une topologie optimale de micro-commutateurs, a permis un prototypage efficace de commutateurs MEMS et a été validée expérimentalement grâce à des structures montrant d'excellentes performances hyperfréquences. Le second chapitre s'intéresse à l'optimisation en puissance de commutateurs MEMS RF. Nous avons développé une méthodologie de prédiction de la puissance maximale de fonctionnement pour ces composants. Cette méthodologie a été ensuite utilisée pour loptimisation en puissance du commutateur développé dans le chapitre 1. Un dimensionnement ainsi que lensemble des résultats de simulations sont présentés et validés expérimentalement. Enfin le dernier chapitre présente la mise en application des méthodologies décrites aux deux premi ers chapitres pour la conception d'un circuit de commutation de puissance large bande 6-18 GHz basé sur des topologies série et parallèle d'interrupteurs MEMS. Les structures ont ainsi été optimisées, fabriquées et mesurées. Elles présentent dexcellentes performances RF sur une large gamme de fréquence.

Les réseaux sans fil connaissent aujourd'hui un essor important. Le<br />nombre croissant d'offres commerciales basées sur la norme IEEE 802.11<br />(Wi-Fi) et ses déclinaisons en atteste. Ces réseaux nécessitent<br />actuellement la présence d'une station de base pour assurer les<br />communications entre mobiles. Les réseaux ad hoc sont des<br />réseaux sans fil spontanés, mobiles et totalement autonome. Les mobiles<br />communiquent directement entre eux, relayant les communications des<br />autres mobiles lorsque les correspondants sont hors de portée radio. Il<br />est dès lors possible de créer un réseau par la simple présence de<br />terminaux équipés de cartes d'interfaces adéquates. Ces réseaux mobiles<br />et dynamiques peuvent être utilisés pour étendre la portée de stations<br />de base, offrant ainsi un accès à l'Internet sur une zone géographique<br />étendue à moindre coût. Ils peuvent être déployés rapidement et être<br />utilisés par exemple dans des situations d'urgence.<br /><br />Les caractéristiques particulières du médium radio, telle que la portée<br />de communication limitée ou le mode de partage du canal radio ainsi que<br />la mobilité des terminaux rendent souvent les mécanismes et protocoles<br />issus du monde filaire peu performants. À l'heure actuelle, de nombreux<br />travaux ont été effectués afin de concevoir des protocoles de routage<br />adaptés à ces réseaux. Le groupe de travail MANET de l'IETF est en passe<br />de standardiser une ou plusieurs solutions de routage. De nombreuses<br />problématiques restent cependant ouvertes telles que la sécurité, le<br /> multicast ou encore la qualité de service. Ces différents<br />sujets ont fait couler beaucoup d'encre durant ces dernières années.<br />Toutes les solutions issues du monde filaire ont été ré-examinées et<br />adaptées mais peu de propositions réellement adaptées aux spécificités<br />de ces réseaux ont vu le jour.<br /><br />Le travail effectué durant ma thèse se situe autour de la problématique<br />de la réservation de bande passante dans les réseaux ad hoc.<br />Ce travail a débuté par la proposition d'un protocole de réservation de<br />bande passante prenant en compte les interférences pouvant survenir<br />entre émetteurs hors de portée de communication. En effet, deux mobiles<br />ne pouvant communiquer directement peuvent avoir à se partager la bande<br />passante du canal radio. Mettre en oeuvre un protocole de réservation de<br />bande passante nécessite d'apporter suffisamment d'informations aux<br />routeurs en charge d'accepter ou de refuser les requêtes formulées par<br />les applications afin de leur permettre d'effectuer un contrôle<br />d'admission réaliste.<br /><br />Ce travail nous a conduit à nous intéresser à l'étude du protocole<br />d'accès au médium de la norme IEEE 802.11 afin d'évaluer sa capacité.<br />L'intégralité des études théoriques des performances de ce protocole<br />concernaient jusqu'à présent des réseaux dans lesquels tous les mobiles<br />sont à portée de communication les uns des autres. Or, dans certaines<br />situations, la présence de communications distantes a un impact très<br />marqué sur les performances et sur l'équité de ce protocole d'accès au<br />médium. Nous avons modélisé plusieurs scénarios présentant une forte<br />inégalité dans l'accès au médium, phénomène pouvant avoir un impact<br />important sur l'estimation des ressources disponibles.<br /><br /><br />Le protocole d'accès au médium n'étant pas équitable dans un contexte<br />multi-sauts, nous avons proposé un algorithme distribué d'allocation de<br />bande passante dans de tels réseaux permettant de préserver une certaine<br />équité tout en conservant une utilisation globale du réseau correcte.<br />Dans de tels réseaux, il y a en effet souvent opposition entre<br />performance globale et partage équitable des ressources. La solution que<br />nous proposons permet dans un contexte statique ainsi que dans un<br />contexte mobile de réaliser un compromis entre ces deux objectifs<br />antinomiques, et ce de façon totalement distribuée.<br /><br />Enfin, dans le cadre de réseaux hybrides composés d'un réseau d'accès<br />sans fil offrant un accès à l'Internet à un réseau ad hoc<br />sous-jacent, nous avons étudié l'impact du trafic de contrôle sur les<br />performances du réseau. Cette problématique nécessite souvent de faire<br />un compromis entre transmission rapide et fiable des informations de<br />gestion du réseau telles que la localisation des différents mobiles<br />permettant de construire l'arbre de routage et utilisation du réseau. En<br />effet, une transmission fréquente d'informations de contrôle permet<br />d'aboutir à une vision précise du réseau mais a un coût important. Nous<br />avons montré, par simulation, que le gain obtenu par la précision de la<br />vision du réseau apportée à chaque routeur était rapidement compensé par<br />l'occupation des ressources engendrée à cette fin.<br /><br />Concevoir une solution de qualité de service pour de tels réseaux n'est<br />pas une problématique simple et beaucoup reste à faire. L'importance<br />d'une évaluation précise de la capacité du médium a été démontrée mais<br />ce processus reste coûteux à mettre en oeuvre et il est impossible de<br />prévoir toutes les situations pouvant survenir dans des réseaux radio<br />mobiles. Les protocoles de qualité de service devront donc s'efforcer<br />d'évaluer au mieux l'état du réseau afin de ne pas sur ou sous-évaluer<br />sa capacité mais devront aussi être adaptatif afin de réagir rapidement<br />et efficacement à la versatilité de ces réseaux.

Cette thèse est un des premiers travaux sur les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH)de la filière InP ayant une base en GaAsSb. Une méthode de mesure précise des offsets des<br />hétérojonctions de type II par électroluminescence, associée aux mesures électriques a permis de clarifier les conditions du transport électronique dans le système InP/GaAsSb et d'initier l'utilisation d'un émetteur en InGaAlAs. Deux briques technologiques spécifiques ont été développées : la gravure chimique sélective de InGaAlAs par rapport à GaAsSb et la réalisation de contacts ohmiques très faiblement résistifs sur p-GaAsSb. Ceci a permis l'assemblage d'un procédé de fabrication de TBH ultra-rapides dans cette filière. La faisabilité de ce procédé a été démontrée par la réalisation de TBH submicroniques ayant des fréquences ( fT ; fmax) de (155 ; 162) GHz. Son optimisation, protégée par deux brevets, montre des perspectives pour atteindre des fréquences ( fT ; fmax) de (380 ; 420) GHz.

Dans les systèmes de télécommunications l'isolateur est le seul élément qui n'a pas encore été intégré, en raison du traitement thermique élevé (~ 700 °C) nécessaire à la cristallisation des matériaux magnétiques le constituant. Ce composant autorise le passage de la lumière dans une seule direction, en bloquant la propagation dans le sens retour et évite les risques des dommages ou d'instabilités. Il est basé sur l'effet non-réciproque de la rotation Faraday des matériaux magnéto-optiques. Pour surmonter ce problème de compatibilité tout en exaltant l'effet magnéto-optique, un matériau composite structuré en cristal photonique 3D a été élaboré par imprégnation d'un opale direct de polystyrène avec une solution de précurseurs métalliques dopés avec des nanoparticules magnétiques (CoFe2O4) à basse température en utilisant le procédé sol-gel. Premièrement, nous avons montré par le calcul, que l'utilisation d'un matériau magnétique diluée avec un indice de réfraction relativement faible dans un cristal photonique 1D, peut augmenter le facteur de mérite par rapport à une seule monocouche magnéto-optique. Pour obtenir une rotation Faraday suffisante, la fraction volumique de nanoparticules magnétiques dans la couche composite a tout d'abord été augmentée de quelques pour cent à une valeur aussi importante que 40%. Le résultat principal de cette thèse est enfin que la rotation de Faraday des cristaux magnéto-photoniques réalisés a montré une amélioration sur les bords de la bande interdite photonique en comparaison à la seule monocouche.

Depuis les premiers travaux publiés en 2004, le graphène est obtenu par trois principales techniques, l'exfoliation, le dépôt chimique en phase vapeur et la graphitisation du carbure de silicium. Seules les deux dernières sont adaptées aux technologies standards de la microélectronique. Une autre méthode est étudiée dans ce travail, consistant à faire croître le graphène par épitaxie par jets moléculaires. Le SiC a été utilisé comme substrat du fait du faible désaccord de maille avec le graphène et de sa compatibilité avec les processus technologiques. La croissance de graphène a été obtenue avec succès sur les deux faces du SiC, à partir d'une source de carbone solide. La gamme de température utilisable est restreinte du fait de l'amorphisation ou de la graphitisation. La structure du graphène dépend fortement de la face du SiC considérée, de façon analogue à ce qui est obtenu par graphitisation (plan d'interface riche en C et empilement graphite sur la face Si, absence de couche d'interface et plans tournés et découplés électroniquement sur la face C). Les bandes de valence ont été mesurées en spectroscopie de photoélectrons résolue angulairement, et présentent la dépendance linéaire caractéristique du graphène aux points de Dirac. Cependant, la présence de défauts dans le matériau induit une forte réduction de la mobilité électronique. Cette dernière a été améliorée en réalisant la croissance épitaxiale sous un flux de Si externe, à plus haute température.

Ce travail de thèse a porté sur l'étude de structures à cascade quantique dans le régime de l'effet Hall quantique. Deux types d'hétérostructures semi-conductrices ont été étudiés : une structure émettrice térahertz et une structure détectrice moyen infrarouge. Dans le premier cas, une mise en évidence claire de l'émission cyclotron a pu être démontrée grâce à la quantification de Landau résultant de l'application d'un champ magnétique perpendiculaire aux couches d'une structure à multi-puits quantiques. Cette étude a permis de réaliser un composant électroluminescent accordable en champ magnétique et émettant directement par la surface. Le mécanisme de diffusion responsable de cette émission est l'interaction électron-électron, un mécanisme de type Auger à Ncorps. Le champ magnétique sert dans ce cas de paramètre extérieur pour créer de nouveaux états électroniques permettant d'observer de l'émission lumineuse non-conventionnelle. L'étude d'un détecteur à cascade quantique à 8 m a été réalisée dans l'obscurité et sous illumination. Les chemins électroniques ont pu être identifiés dans les deux cas. Un modèle de photocourant ainsi que le calcul du temps de vie en fonction du champ magnétique de l'interaction électron-impuretés ionisées ont été développés. Ils ont permis d'identifier les améliorations à réaliser pour la mise en oeuvre de futures caméras basées sur des détecteurs à cascade quantique : importance de la place des impuretés ionisées dans la région active et rôle crucial du dessin de la cascade. Le champ magnétique a montré dans cette deuxième étude son formidable pouvoir d'outil spectroscopique.

L'idée que nous avons développé dans ce travail est de faire usage d'une commande électrique unique pour modifier à la fois les propriétés diélectrique et magnétique de nanomatériaux contenus dans le dispositif hyperfréquence. Pour cela, nous cherchons à exploiter le concept de propriété produit, dont un exemple est donné par l'effet magnétoélectrique (ME). Si l'on considère un mélange de deux phases condensées en contact, la première étant magnétostrictive et la seconde piézoélectrique, alors l'application d'un champ magnétique externe sur la phase magnétostrictive génère un champ de contrainte mécanique locale activant la piézoélectricité et ainsi fait apparaître un gradient de potentiel. En d'autres termes, la magnétoélectricité conduit à une variation de la permittivité par l'application d'un champ magnétique externe, et par commutativité, à une dépendance de la perméabilité magnétique sous l'action d'un gradient de potentiel. Les nanostructures granulaires présentent de nombreux avantages par rapport aux céramiques, aux couches minces et aux matériaux monophasés. La faible conductivité, l'absence d'interdiffusion et de réactions chimiques parasites dues au frittage, l'absence de substrat, la conservation de l'échelle nanométrique, la facilité et le faible coût du protocole d'élaboration de ces NCs en font des matériaux de choix pour la réalisation d'un effet ME en vue de proposer des dispositifs hyperfréquences originaux. Le fait saillant de ce travail a été de mettre en évidence un couplage magnétoélectrique (ME) dans des nanocomposites (NCs) granulaires biphasiques dans le domaine micro-onde à température ambiante. L'usage de la résonance ferromagnétique (RFM-LMB) sur une large gamme de fréquences (6-28 GHz) et de spectroscopie micro-onde (100 MHz-6 GHz) combiné à une étude du transport électronique et à l'utilisation de plusieurs sondes morphologiques nous a permis de corréler les propriétés dynamiques de l'aimantation, les paramètres électromagnétiques des matériaux, et les informations microstructurales au coefficient ME.

Dans le cadre de ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés à un système de télécommunications par satellite intervenant en situation d'urgence. Ce système serait embarqué comme passager d'un satellite géostationnaire travaillant en bande Ka et assurerait la transmission à une flotte de petits terminaux compatibles avec les standards DVB-RCS/S. Les potentialités offertes par l'association de la Formation de Faisceaux par le Calcul (FFC) adaptative et d'une méthode d'Accès Multiple à Répartition Spatiale (AMRS) ont été plus particulièrement étudiées pour une antenne de réception à réflecteur (antenne Focal Array Fed Reflector, FAFR). La combinaison de ces deux techniques permet la mise en place du concept «un spot par utilisateur» assurant ainsi d'une part un niveau maximal de gain en tout point de la couverture et rendant possible d'autre part la réutilisation de ressources grâce à la réjection d'interférence. La première partie de ce travail est consacrée à une étude des algorithmes de FFC. Nous présentons le Formateur Conventionnel et quelques algorithmes adaptatifs, puis, nous analysons les performances de chacun en environnement réel (prise en compte des perturbations du canal de transmission, de celles sur les vecteurs directionnels, du bruit...). Les conditions d'implémentation de ces algorithmes sont également définies. Dans une seconde partie, nous proposons un modèle de système satellite basé sur la formation de faisceaux adaptative par séquence de référence et l'accès AMRS. Les facteurs de réutilisation de ressources permis par les algorithmes retenus sont évalués. Grâce à un algorithme d'allocation de ressources simple et aux facteurs de réutilisation calculés, une première estimation de la capacité et des performances de ce système est réalisée. Une comparaison avec d'autres systèmes montre que celui proposé permet d'augmenter significativement la capacité au prix d'une complexité accrue.

Ce rapport de thèse présente des nouvelles méthodes d'émission et de réception basées sur les transmissions ULB pour les canaux à antennes multiples. Pour les systèmes ULB il devient excessivement difficile de récupérer l'information de phase et les codes espace-temps existants ne peuvent pas être appliqués. Pour résoudre ce problème, nous proposons la construction de nouvelles familles de codes espace-temps pour les systèmes ULB impulsionnels. Dans un premier temps, les outils mathématiques basés sur les algèbres cycliques de division ont été adaptés pour la construction d'un schéma de codage totalement réel. Dans un deuxième temps, nous avons proposé une autre famille de codes basée sur l'introduction du codage conjoint symbole-impulsion. Finalement, nous proposons des nouvelles constructions spécifiques aux modulations de positions ou aux modulations conjointes de position et d'amplitude. Ces constructions permettent d'obtenir une famille de code présentant les meilleures performances parmi tous les schémas de codage espace-temps ULB existant dans la littérature. Dans certains cas, cette famille de codes totalement réels satisfait toutes les contraintes de construction des codes parfaits. Enfin, nous nous sommes intéressés à des constructions de codes distribués pour les systèmes ULB coopératifs. Nous présentons des nouvelles techniques de coopération pour les stratégies type "amplify-and-forward" et "decode-and-forward". Nous présentons une analyse analytique, semi-analytique et numérique des solutions proposées sur des canaux ULB sélectifs en fréquence. Nous présentons aussi des schémas pratiques de transmission, réception et décodage des systèmes multi-antennes ULB.

Dans ce travail intitulé « Conception de modulateurs Sigma-Delta d'ordre élevé pour convertisseurs analogique-numérique en parallèle », les travaux ont été menés dans le contexte de la radio logicielle. La voie proposée pour la réalisation du convertisseur analogique-numérique, élément clé et bloquant de la radio logicielle, est une structure composée de plusieurs modulateurs sigma-delta passe-bande à temps continu mis en parallèle. Après avoir énuméré les différentes spécifications auxquelles le modulateur doit satisfaire, une nouvelle méthodologie de design à été proposé. Un état de l'art des différentes technologies de réalisation des filtres du modulateur a été réalisé, aboutissant à l'utilisation de résonateurs à filtres à ondes d'onde de Lamb. Les caractéristiques de ce résonateur ont été présentées ainsi qu'un circuit de commande permettant la compensation des inconvénients. Après avoir défini une novelle topologie et le résonateur, une méthode pour optimiser les performances de chaque modulateur en fonction des imperfections de l'électronique utilisée pour l'implémentation en fonction de la fréquence centrale de chacun d'entre eux a été proposé. Un travail d'analyse permettant de mettre en évidence l'influence de chacun des défauts électroniques importants sur les performances globales du modulateur, que ce soit en termes de résolution ou de stabilité, a été développé. Le comportement de la fonction de transfert de signal (STF) du système optimisé ne correspond pas à un filtre sélecteur de bande. Une modification originale de la topologie du modulateur permettant l'amélioration de la réponse en fréquence de la STF sans modifier la fonction de transfert du bruit (NTF) a été proposée. Enfin, la réalisation d'un modulateur sigma-delta à temps continu du deuxième ordre au niveau layout a été effectuée. La réduction de l'ordre est justifiée par le fait que l'intégration d'un filtre à onde de Lamb n'est pas encore un processus bien maitrisé et que son utilisation dans un sixième ordre pourrait aboutir à un circuit inexploitable en termes d'analyse.