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Theses Year : 2013

Study and application in microwave of hybridization of modes in locally resonant medium

Étude et application en micro-onde de l'hybridation de modes dans des systèmes localement résonants

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Abstract

Development of photonic media, and more recently of metamaterials has drawn a new interest in acoustic and electromagnetic wave control. In this thesis, we propose an original approach of periodic lattice built with sub-wavelength resonators. Using electrodynamics analysis, we highlight collective phenomena of hybridization due to electromagnetic interactions. A model based on an approximation of resonators as electric and magnetic dipoles allows an analytical study. This approach must, on the one hand, be complementary to exciting models used to describe band gap apparition in locally periodic medium; and on the other hand, allow quantifying radiation properties of finite size media. This work has been applied to the design of a miniature antenna whose radiation pattern is controllable both in frequency and directivity. A sub-wavelength imaging device was also developed. It is based on the control of localized eigen-modes. Finally, hybridization properties of modes between half wavelength resonators are exploited to design an antenna dedicated to Magnetic Resonance Imaging. This antenna is used to generate and control the distribution of the radio-frequency magnetic field in the imaging volume which is a major challenge with the field rise of MRI.
Le développement de matériaux photoniques, et plus récemment des métamatériaux suscite aujourd'hui un véritable engouement, autant en acoustique qu'en électromagnétisme. Dans ce manuscrit, nous proposons une approche originale des milieux périodiques constitués de résonateurs sub-longueur d'ondes. Par une analyse électrodynamique de ces systèmes, nous mettons en évidence les phénomènes collectifs d'hybridation dus aux interactions électromagnétiques. Une modélisation fondée sur une approximation des résonateurs en dipôles électriques et magnétiques permet une étude analytique. D'une part, cette approche est complémentaire des modèles habituellement utilisés pour décrire l'ouverture de bandes interdites dans les milieux périodiques localement résonants. D'autre part, elle permet de quantifier les propriétés de rayonnement lorsque ces milieux sont de taille finie. Ces travaux sont appliqués à la conception d'une antenne miniature dont le diagramme de rayonnement est contrôlable en fréquence et en directivité. Un dispositif d'imagerie sub-longueur d'onde reposant sur le contrôle de modes propres localisés sur la structure a également été développé. Enfin, les propriétés d'hybridations de modes entre résonateurs demi longueur d'onde sont exploitées pour la conception d'une antenne dédiée à l'Imagerie par Résonance Magnétique. Cette antenne permet de générer et contrôler la distribution du champ magnétique radio-fréquence dans les zones à imager, ce qui s'avère être un défi majeur notamment face à la montée en champ magnétique des IRM.
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Dates and versions

pastel-00955269 , version 1 (04-03-2014)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00955269 , version 1

Cite

Camille Marguerite Jouvaud. Étude et application en micro-onde de l'hybridation de modes dans des systèmes localement résonants. Autre [cond-mat.other]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00955269⟩
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