Cristaux électromagnétiques bidimensionnels discrets de taille finie : une étude théorique et expérimentale

par Laurence Le Floc'h

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Yann Boucher.

Soutenue en 2005

à Brest .


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et au développement de Cristaux Photoniques (CP) originaux : les Cristaux Discrets (CPD) constitués d'un empilement fini périodique de multipôles interconnectés par des zones homogènes de propagation. Facilement réalisables aux fréquences micro-ondes, les CPD ont aussi l'avantage de se décrire par l'algèbre linéaire de façon rigoureuse et exacte. Après quelques généralités sur les CP, nous traitons les CP unidimensionnels (1D) de façon inédite. Au moyen d'une description " quadripolaire ", nous mettons en place une procédure de normalisation. Ceci permet de mener une étude paramétrique universelle des réponses des CP 1D (paramètres S). Une structure expérimentale est conçue (ligne de transmission structurée micro-ruban) et analysée à l'aide de cet outil. Ensuite, la procédure est étendue aux CPD 2D. Nous exprimons les réponses en coordonnées normalisées sous une forme analytique à l'aide d'une méthode exploitant les symétries. Nous proposons une analyse des comportements en fonction d'un nombre réduit de paramètres et indépendamment de la nature des ondes. Une attention particulière est apportée au contrôle des largeur, position et niveau des bandes interdites. Puis, nous développons une méthode de synthèse simple et rapide des CPD 2D. Les démonstrateurs à motifs annulaires sont fabriqués en technologie micro-ruban dans la plage 0-7 GHz afin d'en minimiser le coût. Enfin, nous menons une étude théorique et expérimentale de l'influence des conditions aux limites sur les réponses d'un CPD 2D. L'optimisation des conditions permet d'envisager des fonctions intéressantes en termes d'application tels le filtrage et la commutation.

  • Titre traduit

    Two-dimensional electromagnetic discrete photonic crystals of finite size : a theoretical and experimental study


  • Résumé

    This thesis is devoted to the theoretical study and development of a novel class of Photonic Crystals (PCs) so-called Discrete Photonic Crystals (DPCs). DPCs are arrangements of multi-port networks interconnected by wave guides. Easily manufactured in the microwave domain, CPDs can be described exactly using a classical linear algebra. After a general introduction on several types of PC, an original study on one-dimensional PCs (1D PCs) is proposed. By considering these PCs as two-port networks, we develop a process of normalization. This tool allows us to perform a universal parametric study of the responses (scattering parameters). The theory is experimentally illustrated with a microstrip periodic transmission line. The concept is then extended to the 2D-type DPCs. Symmetries have been exploited to give the responses of the structure in analytical form and in normalised units. We propose an analysis of PC spectra behaviour by means of a reduced set of parameters whatever the characteristics of the waves. Special care has been with respect to the control of width frequency position and reflectivity of the Photonic Band-gap. A simple and fast design method applied to these “2D”-type DPC has been developed. Low-cost ring-shaped prototypes are fabricated using microstrip technology in the 0-7 GHz band. We finally conduct a theroretical and an experimental study on the effects of boundary conditions on 2D DPCs responses. The optimization of theses conditions enables us to envisage specific functions for applications such as filtering or switching devices.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.225-234

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Bretagne Occidentale. Service commun de la documentation Section Droit-Sciences-STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TBRC2005/11
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