Développement de structures à métamatériaux : application aux antennes large bande

par Abdallah Dhouibi

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Alain Priou et de Shah Nawaz Burokur.

Soutenue en 2013

à Paris 10 , dans le cadre de École doctorale Connaissance, langage et modélisation (Nanterre) .

mots clés

• Métamatériaux -- Thèses et écrits académiques
• Matériaux -- Propriétés électriques -- Thèses et écrits académiques
• Antennes à lentille -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Des métamatériaux susceptibles d’être utilisés pour la réalisation de dispositifs radiofréquences sont étudiés, fabriqués et leurs performances sont mesurées dans le domaine des microondes. Dans un premier temps, un méta-atome en forme de ‘Z’ est présenté comme une alternative au résonateurs ELC. Ce méta-atome présente une résonance électrique à une fréquence plus basse que celle de l’ELC pour des dimensions similaires et peut en effet être utilisé pour concevoir des milieux à permittivité négative. Par ailleurs, l’excitation de modes piégés dans ce résonateur permet d’avoir une résonance étroite de type Fano en transmission ou en réflexion qui peut être assimilée soit à une Transparence Induite Electromagnétiquement (TIE) ou une Réflexion Induite Electromagnétiquement (RIE). Dans un deuxième temps, nous présentons des solutions pour l’implémentation d’antennes-lentilles directives. Ces antennes-lentilles sont large bande, à faible encombrement et sont basées sur l’utilisation de métasurfaces à gradient d’indice (GRIN) en configurations guidées. Chaque antenne-lentille est composée d’une lentille réalisée à partir de métamatériaux planaires non résonants qui est associée à une ou plusieurs sources intégrées afin d’obtenir des émissions directives dans une ou plusieurs directions de l’espace. L’utilisation de sources intégrées et de métamatériaux planaires offre des avantages tels que la réduction du poids et de l’encombrement, ce qui est favorable pour une intégration dans un système électronique.

Titre traduit

Development of metamaterials structures : application to broadband antennas

Résumé

Metamaterials which may be used to design radiofrequency devices are studied and fabricated and their performances are measured in the microwave regime. Firstly, a printed Z-shaped electric meta-atom is presented as an alternative design to the conventional electric-LC (ELC) resonator. The Z meta-atom exhibits an electric response at a lower frequency than the one observed with the ELC and can be used very efficiently in producing materials with negative permittivity. Furthermore, the excitation of a trapped mode in such Z-shaped meta-atom can lead to a narrowband Fano-like resonance either in transmission or in reflection analogue of an electromagnetically induced transparency (EIT) or an electromagnetically induced reflection (EIR). Secondly, we present practical solutions for the implementation of broadband and low profile lens-antennas based on gradient index (GRIN) metasurfaces. Each lens-antenna is composed of a lens made from non-resonant planar metamaterials that is associated with one or more integrated sources to obtain directive emissions in different spatial directions. The use of these integrated sources and planar metamaterials offers advantages such as the reduction of weight and surface, which is benefit for integration in an electronic system.