Étude expérimentale de structures basées sur les métamatériaux : application de l'homogénéisation à ces structures

Experimental study and application of homogenization based on metamaterials

• Auteur / Autrice : Yao Gao
• Direction : Agnès Maurel, Abdelwaheb Ourir, Habiba Ouslimani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/11/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Marigo, Kim Pham, Bruno Gallas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Felbacq, Bruno Lombard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sciences -- Expériences

Métamatériaux

Mots clés libres

Homogénéisation

Métamatériaux

Application

Éxpérimentale

Metamaterials

Homogenization

Application

Résumé

Afin de retrouver un paramètre efficace de la structure périodique, on s'est efforcé de développer la théorie de l'homogénéisation, qui considère la structure périodique comme un milieu homogène. Cette thèse porte principalement sur la proposition et la validation de l'homogénéisation classique et de second ordre. Une méthode d'homogénéisation est appliquée pour obtenir des paramètres efficaces de structures multicouches. De plus, une homogénéisation classique est adoptée pour calculer les propriétés de transmission de structures diélectriques multicouches et la relation de dispersion d'un réseau de cylindres métalliques monté sur un plan de masse métallique lisse. D'après cette relation de dispersion, la propriété de coupe-bande à une certaine bande de fréquences est découverte et est appliquée sur la reformation du diagramme de rayonnement de l'antenne à plaque traditionnelle en supprimant l'onde de surface propageant sur le plan de masse. Nous avons publié cette partie dans [22]. Nous démontrons expérimentalement une limitation importante de l'homogénéisation classique lors du calcul de la propriété de transmission d'un réseau métallique ultra-fin. Le coefficient de transmission mesuré est beaucoup plus faible que celui calculé par homogénéisation classique, bien que les interférences qui peuvent être causées par l'installation d’expérience imparfaite sont éliminées. Nous proposons donc une nouvelle homogénéisation de second ordre, qui permet d'obtenir le coefficient de transmission correspondant aux résultats numériques. De plus, l'homogénéisation de second ordre a été validée expérimentalement par plusieurs grilles métalliques de même dimension sauf l'épaisseur.

In order to retrieve effective parameter of the periodic structure, people have made effort to develop the theory of homogenization, which regards the periodic structure as a homo- geneous medium. This thesis mainly focuses on the proposition and validation of classical and second order homogenization. A kind of method for homogenization is applied to ob- tain effective parameters of multilayer structures. Moreover, classical homogenization is adopted to calculate transmission properties of dielectric multilayer structures and the dis- persion relation of metallic cylinder array mounted on a smooth metallic ground plane. From the dispersion relation, its band gap property at a certain frequency band is revealed and is applied to reshape the radiation pattern of traditional patch antenna by suppressing the surface wave propagating on the ground plane. We have published his part of the work in [22]. We experimentally demonstrate one important limitation of classical homogenization when calculating the transmission property of an ultra-thin metallic grating. The mea- sured transmission coefficient is much smaller than that calculated by classical homoge- nization, although the interferences may be caused by the imperfect experiment facility are eliminated. Thus we propose a new second order homogenization, which is able to get the transmission coefficient correspondent to numerical results. Furthermore, second order homogenization has been experimentally validated by several metallic grating with the same dimension except for the thickness. This part of work will be included in a chapter of a book will be published by Intech Publisher.