Guides d'ondes périodiques SIW avec dégénérescences en bord de bandes interdites pour l'excitation de résonances géantes

In this thesis, we describe the synthesis of periodic substrate-integrated waveguide (SIW) supporting degenerate band edge (DBE) points. The DBE point is a special fourth-order degenerate point encountered at the edge of the stopband in a periodic structure, which leads to field enhancement and high-Q resonances. The choice of SIW technology can lead to the use of the DBE concept in microwave and mm-wave integrated circuits, given the easy fabrication, low profile and low-cost features of this technology. Applications of this concept will be oscillators having low threshold currents and being robust to external loading, and sensors with high directivity and sensitivity. Conditions for the design of a unit cell providing a DBE point are given after an analysis of several kinds of unit cells. Based on these guidelines, several SIWs-DBE designs are presented. The influence of losses, of geometrical perturbations, and of truncation are considered. Typical DBE characteristics, such as field enhancement and a steep increase of Q factor and group delay vs. the number of cells in a truncated resonator are observed in lossless and lossy situations. Feeding transitions are designed to feed the SIWs-DBE lines and to perform measurements which fully validate the theoretical analyses. Finally, the design procedure is also applied to a multilayer integrated waveguide, particularly suitable for integrated millimeter-wave applications, showing the versatility of the proposed methodology.Dans cette thèse, nous décrivons la conception de guides d'onde intégrés au substrat (substrate integrated substrates, SIW) qui supportent des dégénérescences du quatrième ordre en bord de bandes interdites du diagramme de Brillouin (degenerate band edge, DBE). Le DBE conduit à des « résonances géantes » et à résonateurs à fort facteur de qualité. Le choix de la technologie SIW peut permettre l'utilisation du concept DBE dans les circuits intégrés hyperfréquences et aux ondes millimétriques. Les applications de ce concept sont nombreuses : résonateurs à fort facteur de qualité, oscillateurs robustes aux charges externes, capteurs à directivité et sensibilité élevées. Ici nous caractérisons un type de cellules élémentaires qui permet de concevoir un point DBE après une analyse de plusieurs types de cellules. Sur la base de ces résultats, plusieurs conceptions de SIW qui supportent une DBE sont présentées. On considère l'influence des pertes, des perturbations géométriques et l’effet dû à la troncature de la ligne périodique. Les caractéristiques DBE typiques, telles que l'amplification du champ et une forte augmentation du facteur Q et du retard de groupe par rapport au nombre de cellules sont observées dans un résonateur tronqué, dans des situations sans perte et avec perte. Des transitions nécessaires pour alimenter les lignes SIWs sont conçues et permettent d’effectuer les mesures de prototypes qui valident pleinement les analyses théoriques. Enfin, la procédure de conception est également appliquée à un guide d'ondes intégré multicouche, particulièrement adapté aux applications à ondes millimétrique, montrant la versatilité de la méthodologie proposée