Anisotropic Artificial Substrates for Microwave Applications

Les matériaux anisotropes possèdent des propriétés électromagnétiques qui sont différentes dans différentes directions, ce qui résulte en des degrés de liberté supplémentaires pour la conception de dispositifs électromagnétique et mène à des applications. Certains matériaux anisotropes peuvent être trouvés dans la nature, comme les matériaux ferrimagnétiques, alors que d'autres peuvent être conçus artificiellement pour des applications spécifiques. Ces matériaux artificiels sont des structures composites qui sont faites d'implants métalliques insérés dans un médium hôte. Ces structures peuvent être considérées comme des matériaux effectifs nouveaux et peuvent posséder des propriétés que l'on ne retrouve pas dans la nature comme un indice de réfraction négatif, une chiralité ou une bi-anisotropie; ils sont donc appelés métamatériaux. Dû à la grande diversité d'implants qu'il est possible de concevoir, ces matériaux sont prometteurs pour la conception de dispositifs uniques et novateurs comme de nouvelles antennes, des antennes miniaturisées, des dispositifs non-réciproques, des analyseurs de signaux analogiques et des dispositifs de génie biomédical. Puisque dans les matériaux artificiels l'effet des implants dans le médium hôte n'est pas le même dans toutes les directions, ces matériaux ont la plupart du temps des caractéristiques anisotropes qui peuvent être contrôlées par les propriétés des implants. Cette propriété amène des degrés de liberté supplémentaires dans la conception de dispositifs nouveaux. L'effet d'anisotropie dans les structures artificielles est plus évident dans la plupart des substrats artificiels anisotropes à cause de leur structure planaire 2D. Une analyse électromagnétique rigoureuse des substrats artificiels anisotropes est requise afin de mieux comprendre leurs propriétés, ce qui est essentiel pour proposer des applications. L'insuffisance de l'analyse disponible dans la littérature a servi de motivation pour cette thèse dont l'objectif est d'effectuer l'analyse électromagnétique rigoureuse de substrats artificiels anisotropes dans le but d'explorer des applications. Afin de mieux comprendre les propriétés de l'anisotropie des substrats artificiels, leur méthode d'analyse et leurs applications, il peut être utile de d'abord mieux comprendre l'anisotropie de substrats naturels existant comme les matériaux ferrimagnétiques. Cette approche peut aussi mener à de nouvelles applications de ces matériaux anisotropes naturels. De plus, afin d'étudier certaines propriétés et applications des substrats anisotropes, certains aspects mal compris des matériaux isotropes doivent tout d'abord être éclaircis. Basée sur les objectifs et la méthodologie décrits ci-haut, la présente thèse contribue les réalisations et avancements suivants au domaine du génie micro-ondes. Le conducteur électromagnétique parfait (PEMC) comme condition frontière est un concept électromagnétique nouveau et fondamental. C'est une description généralisée des conditions aux frontières électromagnétiques incluant le conducteur électrique parfait (PEC) et le conducteur magnétique parfait (PMC). De par ses propriétés fondamentales, le PEMC a le potentiel de rendre possible plusieurs applications électromagnétiques. Cependant, jusqu'à maintenant le concept de condition frontière PEMC était demeuré un concept théorique et n'avait jamais été réalisé en pratique.