Contribution au développement d'une méthode numérique pour étudier des structures planaires hyperfréquences

Contribution to the development of a numerical method to study planar microwave structures

• Auteur / Autrice : Fayçal Benmohamed
• Direction : Didier Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique Photonique Hyperfréquence
• Date : Soutenance le 10/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Najoua Essoukri Ben Amara
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sami Youssef, Noemen Ammar, Jun Wu Tao
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jamel Bel Hadj Tahar, Fabien Ndagijimana
• DOI : 10.70675/9a1b8715z841dz4832za9d1z8997b488c9b9

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes électromagnétiques

Modélisation électromagnétique

Lignes à bandes

Ondes électromagnétiques -- Polarisation

Anisotropie

Mots clés libres

Modélisation électromagnétique

SDA

Méthode de l'opérateur transverse MOT

Lignes de transmission

Ligne coplanaire

Polarisation transversale

Ferrite LTCC

Electromagnetic modeling

Strand Displacement Amplification

TOM transverse operator method

Transmission lines

Coplanar line

Transverse polarization

Ferrite LTCC

Résumé

Le travail proposé est le résultat d’une collaboration entre le laboratoire Physique de la matière condensée et nanosciences de Monastir, le laboratoire Laplace de Toulouse et le laboratoire Hubert Curien de Saint-Étienne. Il s’inscrit dans un projet visant à étudier théoriquement la propagation des ondes électromagnétiques dans des dispositifs passifs à base du matériau magnétique anisotrope. La présence d’une couche magnétique dans telle structure a de nombreux avantages : non réciprocité́, performances intéressantes, isolation importante, …Plus précisément, c’est la fabrication des dispositifs non-réciproques tels que les isolateurs et les circulateurs. L’étude théorique d’une telle structure avec plusieurs couches de substrats anisotropes nécessite l’utilisation des logiciels commerciaux. Ces logiciels ont l’avantage de permettre l’étude de structures très complexes, mais ont pour principaux inconvénients leur coût d’achat et capacité́ mémoire nécessaire. C’est pourquoi il est indispensable d’une part de comprendre le comportement des matériaux magnétiques utilisés dans la structure : il s’agit de modéliser le matériau magnétique par un tenseur de perméabilité dépendant de son état d’aimantation. L’objectif de cette thèse est la modélisation électromagnétique par la méthode SDA numérique des structures complexes avec des milieux anisotropes dispersifs. Cette approche, est basé sur le calcul numérique de la fonction de Green spectrale par la méthode de l’opérateur transverse (MOT), sera en mesure d’atteindre un niveau élevé de précision dans la description de l’interaction du signal haute fréquence avec une structure constituée d’un milieu magnétique anisotrope saturé. Les résultats de simulation ont été validés avec d’autres résultats numériques publiés dans la littérature et le logiciel commercial HFSS dans le cas d’une ligne microruban imprimée sur une couche isotrope (diélectrique). Ils ont été numériquement validés avec la littérature pour la même structure mais présence d’un substrat magnétique anisotrope pour différentes directions de polarisation. Ensuite, Ils ont été validés aussi par confrontation avec les résultats expérimentaux pour une ligne coplanaire fabriquée sur un substrat de ferrite-LTCC transversalement aimanté par un champ magnétique statique.

The work proposed here took place in Hubert Curien Laboratory in collaboration with Laplace Laboratory and Laboratory of Monastir. It is part of a project aiming for the theoretical study of the propagation of the electromagnetic waves inside passive devices fabricated with anisotropic magnetic material. Using a magnetic substrate in such structure has many advantages: non reciprocity, high isolation...More precisely, the fabrication of nonreciprocal de- vice such as isolator and circulator. The numerical study of such structure containing many anisotropic magnetic layers needs to use commercial software. As a principal inconvenience is their purchase cost and their necessary memory capacity. In this case, it is necessary to understand the behavior of the magnetic material used in the structure: it is a question of modeling the magnetic material by a permeability tensor depending on its state of magnetization. The aim of this thesis is the electromagnetic modeling of multilayers structures with complex media using the numerical spectral domain approach. The numerical SDA is based on the numerical computation of the Green’s function with the transverse operator formalism. The numerical results are validated with published numerical data for a microstrip line printed on isotropic or anisotropic magnetic material. They are then compared with an excellent agreement with numerical data provided from software based on the finite elements method (HFSS). For more credibility of our numerical approach, the results of simulation about the complex propagation constant are compared with a good much with measured data for coplanar waveguide fabricated on a low temperature co-fired ceramic (LTCC-ferrite). The validation was done in a large band of frequency from 1 to 12 GHz.