Déphaseurs composites à base de métamatériaux accordables par films ferroélectriques

par Aurélien Marteau

Thèse de doctorat en Microondes et microtechnologies

Sous la direction de Didier Lippens et de Éric Lheurette.

Soutenue le 11-12-2009

à Lille 1 .


  • Résumé

    L’essor des systèmes de télécommunication nécessite l’utilisation de technologies innovantes pour concevoir des dispositifs toujours plus performants. Les technologies à base de métamatériaux et de films ferroélectriques paraissent les plus prometteuses. Ce mémoire est divisé en deux parties et décrit la conception, la fabrication et la caractérisation de structures hyperfréquences aux propriétés originales.Les métamatériaux sont des matériaux artificiels dont la structuration est petite devant la longueur d’onde, permettant d’accéder à des propriétés électromagnétiques souvent inexistantes dans la nature. La rétropropagation d’une onde, qui se traduit par des vitesses de phase et de groupe de signes opposés, est probablement la caractéristique la plus importante.Après un état de l’art des métamatériaux, la première partie traite de la conception d’un métamatériau gaucher en technologie fin-line à basede motifs résonants telle que des anneaux fendus. La largeur de la bande passante est améliorée en utilisant des motifs de type Omega. Dans ces structures, nous avons pu démontrer expérimentalement l’existence de bandes de transmission gauchères, conformément aux prédictions théoriques. La deuxième partie explore la possibilité d’introduire l'accordabilité des métamatériaux à l'aide de films minces ferroélectriques. Une caractérisation large bande de la dispersion fréquentielle de la fonction diélectrique de films minces de BaSrTiO3 (50/50) est réalisée jusqu’à 100 GHz. Enfin, nous montrons numériquement et expérimentalement que l'intégration de ces films permet la réalisation de lignes de transmission composites droitière et gauchère accordables.

  • Titre traduit

    Tunable metamaterial-based composite phase shifter by ferroelectric films


  • Résumé

    The development of telecommunication systems requires the use of innovative technologies to design ever more efficient devices. Ferroelectric films and metamaterials-based technologies appear most promising. This thesis is divided into two parts and describes the design, fabrication and characterization of microwave structures with original properties. Metamaterials are artificial materials whose structure is small compared to the wavelength, giving access to the electromagnetic properties often no existing in nature. The backward propagation of a wave, which results in phase and group velocities with opposite sign, is probably the most important feature. After a state of the art of metamaterials, the first part deals with the design of a left-handed metamaterial in fin-line technology loaded by resonant patterns such as split rings. The width of the passband is improved by using Omega-like patterns. In these structures, we have demonstrated experimentally the existence of left-handed transmission bands, according to theoretical predictions. The second part explores the possibility of introducing tunability of metamaterials using ferroelectric thin films. A characterization of broadband frequency dispersion of the dielectric function of thin films BaSrTiO3 (50/50) was achieved up to 100 GHz. Finally, we show numerically and experimentally that the integration of these films allows the realization of tunable right-handed and left-handed composite transmission lines.


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