Etude de motifs métamatériaux en forme de spirales circulaires ou rectangulaires

Study reasons metamaterials shaped spiral circular or rectangular

• Auteur / Autrice : Salim Nemer
• Direction : Bruno Sauviac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique photonique et hyperfréquence
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Le Berre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microcavités

Spirales

Métamatériaux

Résumé

Ce travail se situe dans le domaine des recherches visant à améliorer (ou remplacer) les systèmes résonants à ferrites dans certaines applications. L'intérêt repose sur la minimisation des dimensions, du poids et de pertes d'insertions, dans le but de proposer des structures de faibles dimensions géométriques, avec des motifs résonants pouvant être éventuellement insérés dans les fentes d'une ligne CPW. Nous proposons donc d'utiliser, en complément ou en remplacement du matériau magnétique, un matériau artificiel résonant (métamatériau). Il s'agit de motifs planaires conducteurs (les spirales) dont les dimensions sont liées à la longueur d'onde du signal radiofréquence et dont la forme géométrique aura une influence directe sur la propagation du signal (variation de permittivité ou de la perméabilité). La modélisation de ces motifs, par des méthodes connues en microélectronique ou celle étudiée à base des anneaux fendus (SRR), est limitée. Pour pouvoir dimensionner correctement ces dispositifs, il faut bien maîtriser les fréquences de résonances de ces spirales, car les réponses sont souvent très étroites et dons très sensibles aux erreurs de dimensions. On a donc innover en proposant deux méthodes complémentaires l'une de l'autre qui nous permettent de bien maîtriser ces métamatériaux en forme de spirales. Pour étayer notre modélisation, on a tourné plusieurs simulations à l'aide d'un simulateur électromagnétique 3D. Puis on a réalisé des prototypes simples de fabrication, en utilisant l'Epoxy comme un substrat cuivré de 35 µm. On a choisi des dimensions des rubans métalliques qui sont faisables (de 400 à 1250 µm) avec un masque souple. Les résultats des numériques et expérimentaux ont présenté un faible décalage de la fréquence de résonance par rapport à la modélisation (de l'ordre de 3 %)

This work is in the field of research to improve (or replace) the resonant ferrite systems in electronic applications. The interest is based on minimizing the size, weight and insertion loss, to propose structures of small geometric dimensions, with grounds resoant possibly being inserted into the slots of a CPW line. Therefore, we propose to use in addition or replacement of magnetic material, an artificial resonant one (metamaterial). These planar conductors (coils) whose dimensions are related to the wavelength of the radiofrequency signal and whose geomerty has a direct influence on the signal propagation (change in permittivity or permeability). Modeling these conductors, by a known method in microelectronics or by the study of split rings (SRR) is limited. To design correctly these devices, we must control the resonance frequency of the coils, because the response is often very narrow and therefore very sensitive to errors in size. So we innovate by proposing two methods, that complete each other enabling us to master these metamaterials in the form of coils. To support our model, we tried several simulations using an 3D electromagnetic simulator. Then we realized simple prototype, using Epoxy with copper. We chose the dimensions of the metallic ribbons that are feasible (from 400 to 1250 µm) with an elastic mask. The numerical and experimental results showed a small shift of the resonance frequency compared tot the modeling (uncertainty of 3 %)