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The important growth of RFID goes along with the development of many technologies which complement the current offer by adding new possibilities. The chipless RFID is a perfect example of such technology. The purpose of the approach is to considerably reduce the price of the tag while increasing the data encoding capacity in order to compete with the barcode. The RF link between the tag and the reader also permit a flexible reading. In order to increase the coding capacity of a chipless tag, this PHD work proposes a new coding method based on the overall shape of the electromagnetic signature. To do this, we must be able design tags for which the RCS is given in advance, which amounts to the resolution of an inverse problem. A method based on the decomposition of the RCS on a base of resonators is proposed. The main characteristics of these base elements (amplitude, frequency, quality factor) are controlled by geometric parameters.; L’essor considérable de la RFID s’accompagne actuellement par le développement de nombreuses technologies qui viennent compléter l’offre déjà présente tout en cherchant à répondre à de nouvelles problématiques. La RFID sans puce (ou chipless) en est un exemple ; l’objectif affiché est de réduire considérablement le prix du tag ainsi que d’augmenter significativement la quantité d’information qu’il contient de manière à pouvoir concurrencer le code à barres tout en conservant les bénéfices d’une approche de lecture flexible basée sur une communication par ondes radio. Pour répondre à la problématique de la quantité d’information d’un tag, ce travail de thèse propose une nouvelle méthode de codage basée sur la forme globale du RCS du tag. Pour ce faire, il faut être capable de réaliser des tags dont le RCS est donné, ce qui consiste à résoudre un problème inverse. Une méthode de conception basée sur l’assemblage de motifs résonants est proposée. Les principales caractéristiques de ces éléments de base (amplitude, fréquence, coefficient de qualités) sont contrôlées par des paramètres géométriques.

The important growth of RFID goes along with the development of many technologies which complement the current offer by adding new possibilities. The chipless RFID is a perfect example of such technology. The purpose of the approach is to considerably reduce the price of the tag while increasing the data encoding capacity in order to compete with the barcode. The RF link between the tag and the reader also permit a flexible reading. In order to increase the coding capacity of a chipless tag, this PHD work proposes a new coding method based on the overall shape of the electromagnetic signature. To do this, we must be able design tags for which the RCS is given in advance, which amounts to the resolution of an inverse problem. A method based on the decomposition of the RCS on a base of resonators is proposed. The main characteristics of these base elements (amplitude, frequency, quality factor) are controlled by geometric parameters., L’essor considérable de la RFID s’accompagne actuellement par le développement de nombreuses technologies qui viennent compléter l’offre déjà présente tout en cherchant à répondre à de nouvelles problématiques. La RFID sans puce (ou chipless) en est un exemple ; l’objectif affiché est de réduire considérablement le prix du tag ainsi que d’augmenter significativement la quantité d’information qu’il contient de manière à pouvoir concurrencer le code à barres tout en conservant les bénéfices d’une approche de lecture flexible basée sur une communication par ondes radio. Pour répondre à la problématique de la quantité d’information d’un tag, ce travail de thèse propose une nouvelle méthode de codage basée sur la forme globale du RCS du tag. Pour ce faire, il faut être capable de réaliser des tags dont le RCS est donné, ce qui consiste à résoudre un problème inverse. Une méthode de conception basée sur l’assemblage de motifs résonants est proposée. Les principales caractéristiques de ces éléments de base (amplitude, fréquence, coefficient de qualités) sont contrôlées par des paramètres géométriques.

Whispering galery mode resonators are dielectric cavities that support modes with ultra-high quality factor and small volume that remain confined in their inner periphery for time duratioons that can be as long as few microseconds. The strong confinement of these modes for such long durations strongly enhances nonlinear effect suchs as Kerr effect or Brillouin effect. These resonators can therefore be used for several applications such as spectroscopy, telecommunications or microwave generation. The objective of this thesis is to use Kerr and Brillouin nonlinearities in these resonators at the laser wavelength of 1550 nm, in order to generate high spectral purity microwave signals with frequencies rangong fros 5 to 30 GHz. The first chapter oh the thesis intriduces the theory, fabrication, coupling and characterisation of whispering gallery mode resonators. The second chapter is about the generation of Kerr optical frequency combs in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental resuktsdn the numerical modelling of Kerr combs, the analysis of oscillatory instabilities (due to thermal effect) observed during our experiments, and conclue. The third chapter concerns photon-phonon interactions via stimulated Brillouin scattering in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental results and the temporal model that we developed to track the dynamics of the forward and backscattered fields. The last chapter conclude the thesis. The research presented in this thesis has benne funded by the European Research Council through the project Nextphase.; Les résonateurs à modes de galerie sont des cavités diélectriques qui supportent des modes à très haut facteur de qualité et à faible volume qui demeurent confinés à l'interface air-diélectrique pour des durées pouvant atteindre voire dépasser la microseconde. L'intérêt de ce fort confinement des modes pour de longues durées est l'accentuation de l'interaction lumière-matière. Par conséquent, de nombreuses interactions non-linéaires telles que l'effet Kerr ou encore l'effet Brillouin à des puissances seuil inversement proportionnelles au carré voire au cube du facteur de qualité du résonateur ont lieu en son sein. Ces propriétés donnent accès à de nombreuses applications dans des domaines divers et variés tels que la spectroscopie, les télécommunications ou encore les micro-ondes. Les travaux de cette thèse ont pour but d'exploiter les non-linéarités Kerr et Brillouin dans les résonateurs à mode galerie à la longueur d'onde de 1550 nm afin de générer des micro-ondes ultra-stables à des fréquences comprises entre 5 et 30 GHz. Le premier chapitre introduit la théorie, la fabrication, le couplage et la caractérisation de résonateurs à des modes de galerie. Le second chapitre concerne la génération de micro-ondes. Nous y présentons nos résultats expérimentaux, la modélisation numérique de peignes de Kerr, ainsi que l'analyse d'instabilités oscillatoires d'origine thermique observées lors de nos travaux expérimentaux, puis nous concluons. Le dernier chapitre traite de l'interaction photons-phonons via le processus de diffusion Brillouin stimulée dans ces mêmes expérimentaux ainsi que le modèle temporel que nous avons développé pour suivre la dynamique de l'onde transmise et de celle rétrodiffusée. Le dernier chapitre conclue nos travaux. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été financé par l'European Research Council dans le cadre du projet NextPhase.

Whispering galery mode resonators are dielectric cavities that support modes with ultra-high quality factor and small volume that remain confined in their inner periphery for time duratioons that can be as long as few microseconds. The strong confinement of these modes for such long durations strongly enhances nonlinear effect suchs as Kerr effect or Brillouin effect. These resonators can therefore be used for several applications such as spectroscopy, telecommunications or microwave generation. The objective of this thesis is to use Kerr and Brillouin nonlinearities in these resonators at the laser wavelength of 1550 nm, in order to generate high spectral purity microwave signals with frequencies rangong fros 5 to 30 GHz. The first chapter oh the thesis intriduces the theory, fabrication, coupling and characterisation of whispering gallery mode resonators. The second chapter is about the generation of Kerr optical frequency combs in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental resuktsdn the numerical modelling of Kerr combs, the analysis of oscillatory instabilities (due to thermal effect) observed during our experiments, and conclue. The third chapter concerns photon-phonon interactions via stimulated Brillouin scattering in these resonators and their application to the generation of microwave signals. We present our experimental results and the temporal model that we developed to track the dynamics of the forward and backscattered fields. The last chapter conclude the thesis. The research presented in this thesis has benne funded by the European Research Council through the project Nextphase.; Les résonateurs à modes de galerie sont des cavités diélectriques qui supportent des modes à très haut facteur de qualité et à faible volume qui demeurent confinés à l'interface air-diélectrique pour des durées pouvant atteindre voire dépasser la microseconde. L'intérêt de ce fort confinement des modes pour de longues durées est l'accentuation de l'interaction lumière-matière. Par conséquent, de nombreuses interactions non-linéaires telles que l'effet Kerr ou encore l'effet Brillouin à des puissances seuil inversement proportionnelles au carré voire au cube du facteur de qualité du résonateur ont lieu en son sein. Ces propriétés donnent accès à de nombreuses applications dans des domaines divers et variés tels que la spectroscopie, les télécommunications ou encore les micro-ondes. Les travaux de cette thèse ont pour but d'exploiter les non-linéarités Kerr et Brillouin dans les résonateurs à mode galerie à la longueur d'onde de 1550 nm afin de générer des micro-ondes ultra-stables à des fréquences comprises entre 5 et 30 GHz. Le premier chapitre introduit la théorie, la fabrication, le couplage et la caractérisation de résonateurs à des modes de galerie. Le second chapitre concerne la génération de micro-ondes. Nous y présentons nos résultats expérimentaux, la modélisation numérique de peignes de Kerr, ainsi que l'analyse d'instabilités oscillatoires d'origine thermique observées lors de nos travaux expérimentaux, puis nous concluons. Le dernier chapitre traite de l'interaction photons-phonons via le processus de diffusion Brillouin stimulée dans ces mêmes expérimentaux ainsi que le modèle temporel que nous avons développé pour suivre la dynamique de l'onde transmise et de celle rétrodiffusée. Le dernier chapitre conclue nos travaux. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été financé par l'European Research Council dans le cadre du projet NextPhase.

Corrosion and material degradation are major problems that economically impact many areas of activity. This degradation depends on many environmental parameters. In this context, monitoring the degradation of materials is crucial. The objective of this thesis is to develop materials degradation sensors that are chipless and wireless. For that purpose, this work will be based on passive RFID (Radio Frequency Identification). We present different resonators sensitive to the degradation and corrosion of materials. These are often linked to the presence of water in the environment; part of the thesis concerns the monitoring of the absorption in organic coatings and concrete. In order to correlate the presence of water with a degradation of the metal present in the dielectric, a resonator sensitive to the corrosion potential is then proposed. Finally, a study on the detection of dissolved salts in the medium is performed by this type of technique. Following these results, a shorter part of the realization of a demonstrator in the authorized ISM band at 2.45 GHz is presented. It provides a discussion about the use of this type of sensor in real situations., La corrosion et la dégradation des matériaux sont des problèmes majeurs qui impactent économiquement de nombreux domaines d’activités. Cette dégradation dépend de nombreux paramètres environnementaux. Dans ce cadre, le suivi de la dégradation des matériaux est primordial. L’objectif de cette thèse est donc d’élaborer des capteurs de dégradation de matériaux, sans fils et passifs énergétiquement. Pour cela, notre travail sera basé sur la technologie RFID (Radio Frequency Identification) passive. Nous présentons alors, des résonateurs sensibles à la dégradation et à la corrosion des matériaux. Celles-ci étant souvent liées à la présence d’eau dans le milieu environnant, une partie de la thèse concerne le suivi de l’absorption dans les revêtements organiques et les bétons. Afin de corréler la présence d’eau avec une dégradation du métal présent dans le diélectrique, un résonateur sensible au potentiel de corrosion est ensuite proposé. Pour finir, une étude sur la détection des sels dissouts dans le milieu est réalisée par ce type de technique. Suite à la présentation de ces résultats, une partie plus courte consacrée à la réalisation d’un démonstrateur sur la bande ISM autorisée à 2.45 GHz est présentée. Elle permet une discussion sur l’utilisation de ce type de capteur dans des situations réelles.

This report deals with the study and design of interrogation electronics for probing surface acoustic wave (SAW) transducers used as passive wireless sensors of physical quantities. The basic principle is to develop hardware aimed at probing the response of SAW resonators through a radiofrequency wireless link in order to extract a temperature information. Resonators whose operating frequency is centered on the 433.92 MHz ISM band are developed as part of the SAWHOT project aimed at measuring high (650 oC) temperatures. SAW resonators load energy when stimulated at resonance frequency. Upon stopping emission, this power is returned as a radiofrequency signal. The presented electronic systems operate on the analysis of the power returned by the sensor, based on a frequency-sweep network analyzer architecture. Two interrogation units are presented. The former is based on a Direct Digital Synthesis frequency source : the flexibility of this digital approach allows for probing resonating sensors following several algorithms meeting various constraints including measurement speed and resolution. Sub-millisecond interrogation resonance frequency identification is compatible with probing the response of sensors located on mobile targets such as a rotating motor axis. The achieved resolution lies in the 0.1 oC range. The latter approach aims at designing a compact reader with a reduced number of components, including all the elements of the interrogation chain, and hence a lower power consumption. This approach is based around integrated, single chip, radiomodems : this components combines radiofrequency and digital functionalities and is diverted from its original digital communication purpose for probing SAW sensors. Timing and isolation constraints as well as accessing the analog receiver stage require a dedicated analysis of the functionalities of the various available chips. The algorithm developed for using such a component require the use of the signal processing techniques well known in the field of RADAR target detection in order to measure the temperature following the probing of a dual resonator for a differential measurement. The resulting temperature accuracy is 1 oC and the recorded data are transmitted through a digital wireless link.; Ce mémoire présente l'étude et la conception d'électroniques d'interrogation de capteurs passifs de grandeurs physiques à base d'ondes élastiques se propageant à la surface de matériaux (SAW) piézoélectriques mono-cristallins. L'objectif consiste à réaliser une électronique d'interrogation capable de sonder la réponse d'un résonateur SAW au travers d'une liaison radiofréquence (RF) sans fils pour en extraire une information de température. Les résonateurs dans la bande ISM centrée en 433,92 MHz sont développés dans le cadre du projet SAWHOT pour de la mesure haute température (650 oC). Les résonateurs à onde élastique emmagasinent de l'énergie sous forme d'onde élastique lorsqu'ils sont stimulés par un signal radio-fréquence à la fréquence de résonance. Celle-ci est restituée à la fin de son excitation. Les électroniques présentées dans ce manuscrit fonctionnent sur l'analyse de la puissance rétro-diffusée par le capteur en s'inspirant de l'architecture d'un analyseur de réseau à balayage de fréquence. Deux électroniques d'interrogation sont présentées. La première utilise une synthèse de fréquence directe. La souplesse de générer un signal RF pour exciter le résonateur a donnée naissance à divers algorithmes pour optimiser les performances de la mesure. La vitesse à laquelle le lecteur est capable de sonder le capteur permet l'interrogation de capteurs placés sur un support mobile (axe de moteur). La résolution de mesure obtenue atteint le dixième de degré Celsius. La seconde électronique vise à réaliser une électronique compacte dans le but de réduire le nombre et la consommation des composants en intégrant les chaînes d'émission et de réception. Cette électronique est construite autour d'un radio-modem : ce composant combinant fonctionnalités RF et numériques est détourné de sa fonction principale de communication numérique dans le but d'interroger un résonateur SAW. Les contraintes associées aux constantes de temps, à l'isolation nécessaire et à l'accès à l'étage de réception d'un radio-modem nécessittent une étude préalable approfondie. L'algorithme développé pour ce composant a nécessité l'utilisation de techniques de traitement RADAR pour obtenir la température résultante d'un capteur différentiel bi-résonateurs. Cette électronique a permis de mesurer une température à 1 oC et de communiquer le résultat au travers d'une liaison numérique sans fil.

This report deals with the study and design of interrogation electronics for probing surface acoustic wave (SAW) transducers used as passive wireless sensors of physical quantities.The basic principle is to develop hardware aimed at probing the response of SAW resonators through a radiofrequency wireless link in order to extract a temperature information. Resonators whose operating frequency is centered on the 433.92 MHz ISM band are developed as part oft he SAWHOT project aimed at measuring high (650 oC) temperatures. SAW resonators load energy when stimulated at resonance frequency. Upon stopping emission, this power is returned as a radiofrequency signal. The presented electronic systems operate on the analysis of thepower returned by the sensor, based on a frequency-sweep network analyzer architecture. Twointerrogation units are presented. The former is based on a Direct Digital Synthesis frequency source : the flexibility of this digital approach allows for probing resonating sensors followings everal algorithms meeting various constraints including measurement speed and resolution.Sub-millisecond interrogation resonance frequency identification is compatible with probingthe response of sensors located on mobile targets such as a rotating motor axis. The achieved resolution lies in the 0.1 oC range. The latter approach aims at designing a compact readerwith a reduced number of components, including all the elements of the interrogation chain,and hence a lower power consumption. This approach is based around integrated, single chip,radiomodems : this components combines radiofrequency and digital functionalities and is diverted from its original digital communication purpose for probing SAW sensors. Timing andisolation constraints as well as accessing the analog receiver stage require a dedicated analysis of the functionalities of the various available chips[...]; Ce mémoire présente l’étude et la conception d’électroniques d’interrogation de capteurs passifs de grandeurs physiques à base d’ondes élastiques se propageant à la surface de matériaux (SAW) piézoélectriques mono-cristallins. L’objectif consiste à réaliser une électronique d’interrogation capable de sonder la réponse d’un résonateur SAW au travers d’une liaison radiofréquence (RF) sans fils pour en extraire une information de température. [...] Les électroniques présentées dans ce manuscrit fonctionnent sur l’analyse de la puissance rétro-diffusée par le capteur en s’inspirant de l’architecture d’un analyseur de réseau à balayage de fréquence. Deux électroniques d’interrogation sont présentées. La première utilise une synthèse de fréquence directe. La souplesse de générer un signal RF pour exciter le résonateur a donnée naissance à divers algorithmes pour optimiser les performances de la mesure. La vitesse à laquelle le lecteur est capable de sonder le capteur permet l’interrogation de capteurs placés sur un support mobile (axe de moteur). La résolution de mesure obtenue atteint le dixième de degré Celsius. La seconde électronique vise à réaliser une électronique compacte dans le but de réduire le nombre et la consommation des composants en intégrant les chaînes d’émission et de réception. Cette électronique est construite autour d’un radio-modem : ce composant combinant fonctionnalités RF et numériques est détourné de sa fonction principale de communication numérique dansle but d’interroger un résonateur SAW. Les contraintes associées aux constantes de temps,à l’isolation nécessaire et à l’accès à l’étage de réception d’un radio-modem nécessitent une étude préalable approfondie. L’algorithme développé pour ce composant a nécessité l’utilisation de techniques de traitement RADAR pour obtenir la température résultante d’un capteur différentiel bi -résonateurs. Cette électronique a permis de mesurer une température

Reconfigurable devices are an attractive solution to reduce the complexity of radio front-ends in microwave wireless systems. In this framework, the objective of this work is to characterize coplanar tunable resonators printed on ferroelectric KTN thin films. In particular, the best trade-off between frequency tunability and insertion loss is investigated numerically and experimentally in X-band.Moreover, the main features of the KTN layer (relative permittivity and loss tangent) are determined up to 40 GHz for various KTN thickness values. Three original solutions are proposed to reduce the global loss of the resonators, i.e. to increase their figure of merit. They consist either in using a two-layer BZN/KTN or KTN/KNbO3 heterostructures, or in confining the KTN layer only in regions of interest through laser microetching. The KTN confinement enables to divide the global loss by a factor ~3 while keeping up the high frequency tunability (47%, against 54% before KTN localizing) under a moderate applied electric field (~75 kV/cm).; Les dispositifs hyperfréquences reconfigurables sont une solution pertinente pour la réduction de l’encombrement et de la complexité des chaînes d’émission/réception dans les terminaux. Les travaux de ce manuscrit concernent l’étude de dispositifs hyperfréquences coplanaires accordables en fréquence à base de films minces ferroélectriques de KTN, matériau prometteur à forte agilité mais doté de pertes conséquentes. Des études numériques et expérimentales ont été engagées afin d’obtenir le meilleur compromis accordabilité / pertes. Dans un premier temps, les constantes diélectriques (εr, tanδr) des films de KTN de différentes épaisseurs ont été mesurées sur une large bande de fréquence (de 1 GHz à 40 GHz). Des résonateurs à stub ont ensuite été imprimés sur les échantillons et caractérisés en bande X. Enfin, des solutions permettant la réduction de leurs pertes globales sans altérer leur accordabilité en fréquence (54% en bande X et sous champ bias modéré (~75 kV/cm)) ont été proposées et étudiées. Elles concernent, (1) l’intégration du matériau diélectrique BZN à faibles pertes intrinsèques, (2) l’intégration de la couche tampon KNbO3, et (3) la localisation du matériau KTN par microgravure laser dans les zones actives des dispositifs réalisés. Cette dernière solution permet de conserver la forte accordabilité en fréquence du dispositif résonant (47%) tout en réduisant d’un facteur ~3 ses pertes globales.

Reconfigurable devices are an attractive solution to reduce the complexity of radio front-ends in microwave wireless systems. In this framework, the objective of this work is to characterize coplanar tunable resonators printed on ferroelectric KTN thin films. In particular, the best trade-off between frequency tunability and insertion loss is investigated numerically and experimentally in X-band.Moreover, the main features of the KTN layer (relative permittivity and loss tangent) are determined up to 40 GHz for various KTN thickness values. Three original solutions are proposed to reduce the global loss of the resonators, i.e. to increase their figure of merit. They consist either in using a two-layer BZN/KTN or KTN/KNbO3 heterostructures, or in confining the KTN layer only in regions of interest through laser microetching. The KTN confinement enables to divide the global loss by a factor ~3 while keeping up the high frequency tunability (47%, against 54% before KTN localizing) under a moderate applied electric field (~75 kV/cm).; Les dispositifs hyperfréquences reconfigurables sont une solution pertinente pour la réduction de l’encombrement et de la complexité des chaînes d’émission/réception dans les terminaux. Les travaux de ce manuscrit concernent l’étude de dispositifs hyperfréquences coplanaires accordables en fréquence à base de films minces ferroélectriques de KTN, matériau prometteur à forte agilité mais doté de pertes conséquentes. Des études numériques et expérimentales ont été engagées afin d’obtenir le meilleur compromis accordabilité / pertes. Dans un premier temps, les constantes diélectriques (εr, tanδr) des films de KTN de différentes épaisseurs ont été mesurées sur une large bande de fréquence (de 1 GHz à 40 GHz). Des résonateurs à stub ont ensuite été imprimés sur les échantillons et caractérisés en bande X. Enfin, des solutions permettant la réduction de leurs pertes globales sans altérer leur accordabilité en fréquence (54% en bande X et sous champ bias modéré (~75 kV/cm)) ont été proposées et étudiées. Elles concernent, (1) l’intégration du matériau diélectrique BZN à faibles pertes intrinsèques, (2) l’intégration de la couche tampon KNbO3, et (3) la localisation du matériau KTN par microgravure laser dans les zones actives des dispositifs réalisés. Cette dernière solution permet de conserver la forte accordabilité en fréquence du dispositif résonant (47%) tout en réduisant d’un facteur ~3 ses pertes globales.

This works consists of studying and fabricating waveguides resonators exploiting composite substrates with periodically poled ferroelectric materials capable of meeting the need of high-frequency sources for the concerned applications (radar detection). The idea consists of using a waveguide based on a Periodically Poled Transducer (PPT) realized on a ferroeclectric single-crystal substrate such as lithium niobate or tantalate inserted between two single-crystal substrates allowing the guidance of waves without losses. Several devices have been successfully fabricated. First of all PPTs on lithium niobate and tantalate have been fabricated with transducers of different periods allowing the excitation of elastic waves of 30 MHz to 1,3 GHz. Then an oscillator stabilized by a waveguide resonator operating at 131 MHz appeared with encouraging characteristics. A phase noise has then been measured at -165 dBc/Hz at 100 kHz from the carrier with an input power of 2 mW and a frequency stability of 109 (oscillator without temperature compensation and with a -50 ppm/K resonator temperature drift). Other resonators on waveguides exploiting thinned PPTs (around thirty microns) allowed the excitation of only one contribution with a thermal sensibility equal to the one of the guiding materials (-30 ppm/K for silicon). Finally a new system based on a periodically poled bridge is presented. It is characterized by its remarkable properties in particular the excitation of waves with phase velocity higher than 10000 m.s1 and presenting electromechanical coupling coefficients of more than 10 % able to answer applications of wide filtering for the mobile telephony., Ce mémoire présente l'étude et la fabrication de résonateurs sur guide d'ondes exploitant des substrats composites à base de matériau ferroélectrique polarisé périodiquement capables de répondre aux besoins de sources hautes fréquences dont les caractéristiques sont compatibles avec les applications concernées (détection radar). L'idée consiste à utiliser un guide d'ondes fondé sur un Transducteur à domaines ferroélectriques Polarisés Périodiquement (TPP) réalisé sur un substrat ferroélectrique mono-cristallin tel que le niobate ou le tantalate de lithium, placé entre deux substrats mono-cristallins permettant le guidage d'ondes sans pertes. Plusieurs dispositifs ont été fabriqués avec succès. Tout d'abord, des TPPs de différentes périodes (de 200 à 5 μm) ont été réalisés permettant l'excitation d'ondes élastiques de 30 MHz à 1,3 GHz. Ensuite, un oscillateur à 131 MHz stabilisé par un résonateur sur guide d'ondes a vu le jour avec des caractéristiques encourageantes. En effet, un palier de bruit de phase a été mesuré à -165 dBc/Hz à 100 kHz de la porteuse avec une puissance en entrée du résonateur de 2 mW et une stabilité de fréquence court terme de 109 (oscillateur non thermostaté avec une dérive en température du résonateur de -50 ppm/K). D'autres résonateurs sur guide d'ondes exploitant des TPPs amincis à une trentaine de microns ont permis de mettre en évidence l'excitation d'un mode pur spectralement avec une dérive thermique avoisinant celle des matériaux de guidage (soit -30 ppm/K avec du silicium). Enfin, un nouveau système fondé sur des barreaux polarisés périodiquement est présenté. Il se caractérise par ses propriétés remarquables et notamment avec l'excitation d'ondes à vitesse de phase supérieure à 10000 m.s1 et présentant des coefficients de couplage électromécanique de plus de 10%capable de répondre à des applications de filtrage large bande pour la téléphonie mobile.

This works consists of studying and fabricating waveguides resonators exploiting composite substrates with periodically poled ferroelectric materials capable of meeting the need of high-frequency sources for the concerned applications (radar detection). The idea consists of using a waveguide based on a Periodically Poled Transducer (PPT) realized on a ferroeclectric single-crystal substrate such as lithium niobate or tantalate inserted between two single-crystal substrates allowing the guidance of waves without losses. Several devices have been successfully fabricated. First of all PPTs on lithium niobate and tantalate have been fabricated with transducers of different periods allowing the excitation of elastic waves of 30 MHz to 1,3 GHz. Then an oscillator stabilized by a waveguide resonator operating at 131 MHz appeared with encouraging characteristics. A phase noise has then been measured at -165 dBc/Hz at 100 kHz from the carrier with an input power of 2 mW and a frequency stability of 109 (oscillator without temperature compensation and with a -50 ppm/K resonator temperature drift). Other resonators on waveguides exploiting thinned PPTs (around thirty microns) allowed the excitation of only one contribution with a thermal sensibility equal to the one of the guiding materials (-30 ppm/K for silicon). Finally a new system based on a periodically poled bridge is presented. It is characterized by its remarkable properties in particular the excitation of waves with phase velocity higher than 10000 m.s1 and presenting electromechanical coupling coefficients of more than 10 % able to answer applications of wide filtering for the mobile telephony.; Ce mémoire présente l'étude et la fabrication de résonateurs sur guide d'ondes exploitant des substrats composites à base de matériau ferroélectrique polarisé périodiquement capables de répondre aux besoins de sources hautes fréquences dont les caractéristiques sont compatibles avec les applications concernées (détection radar). L'idée consiste à utiliser un guide d'ondes fondé sur un Transducteur à domaines ferroélectriques Polarisés Périodiquement (TPP) réalisé sur un substrat ferroélectrique mono-cristallin tel que le niobate ou le tantalate de lithium, placé entre deux substrats mono-cristallins permettant le guidage d'ondes sans pertes. Plusieurs dispositifs ont été fabriqués avec succès. Tout d'abord, des TPPs de différentes périodes (de 200 à 5 μm) ont été réalisés permettant l'excitation d'ondes élastiques de 30 MHz à 1,3 GHz. Ensuite, un oscillateur à 131 MHz stabilisé par un résonateur sur guide d'ondes a vu le jour avec des caractéristiques encourageantes. En effet, un palier de bruit de phase a été mesuré à -165 dBc/Hz à 100 kHz de la porteuse avec une puissance en entrée du résonateur de 2 mW et une stabilité de fréquence court terme de 109 (oscillateur non thermostaté avec une dérive en température du résonateur de -50 ppm/K). D'autres résonateurs sur guide d'ondes exploitant des TPPs amincis à une trentaine de microns ont permis de mettre en évidence l'excitation d'un mode pur spectralement avec une dérive thermique avoisinant celle des matériaux de guidage (soit -30 ppm/K avec du silicium). Enfin, un nouveau système fondé sur des barreaux polarisés périodiquement est présenté. Il se caractérise par ses propriétés remarquables et notamment avec l'excitation d'ondes à vitesse de phase supérieure à 10000 m.s1 et présentant des coefficients de couplage électromécanique de plus de 10%capable de répondre à des applications de filtrage large bande pour la téléphonie mobile.

The manuscrit concerns the development of surface acoustic waves sensors for wireless monitoring of physical parameters dedicated to biomedical applications, and more specially for blood pressure monitoring. The work consists first in the development of a new physical modeling for surfac acoustic wave device submitted to inhomogeneous stress distribution. The model is detailed and used to optimise geometric size of a membrane-based pressure sensor. The study focuses on quartz based solution but can be applied to any piezoelectric material. This manuscript also presents the sensor construction. The application as sensor has been validated and compared with results obtained with the above evolve model. Comparisons between experimental and theoretical reveals a quite good agreement and allows to validate the model reliability and the efficiency of the proposed optimization, and the model had no equivalent until now. The developped model yields new computation tools which allows acurate and fast design acoustic wave devices sensors for measuring mechanical parameters as illustrated throughout the manuscript. The final application concerns blood pressure monitoring using an external use of the sensor; Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de capteurs à ondes élastiques de surface pour la télémesure de grandeurs physiques pour les applications biomédicales, et plus particulièrement la mesure de pression artérielle. Ce mémoire présente tout d'abord le développement d'un modèle physique inédit permettant la simulation de dispositifs à ondes élastiques de surface en milieu contraint mécaniquement avec une distribution inhomogène de contrainte. L'ensemble du modèle est détaillé et utilisé afin d'optimiser la géométrie d'un capteur de pression à membrane. L'étude est dédiée aux capteurs sur quartz mais peut être appliquée à tout type de matériaux piézoélectriques. Ce mémoire présente également la réalisation du capteur. L'application en tant que capteur a été validée et comparée avec les résultats obtenus à partir du modèle développé. Les comparaisons théorie/expériences montrent l'efficacité du modèle développé et la pertinence des règles de conception, qui jusqu'à présent, n'avait aucun équivalent. Le modèle développé mis en \oe vre sous forme logicielle permet des études plus poussées dans tout le domaine d'application de capteur à base de dispositifs à ondes élastiques et plus particulièrement pour les mesures de grandeur mécaniques comme illustré tout au long de ce mémoire. Pour conclure le manuscrit, nous montrons l'utilisation du capteur pour la mesure de la pression artérielle par voie externe.

The manuscrit concerns the development of surface acoustic waves sensors for wireless monitoring of physical parameters dedicated to biomedical applications, and more specially for blood pressure monitoring. The work consists first in the development of a new physical modeling for surfac acoustic wave device submitted to inhomogeneous stress distribution. The model is detailed and used to optimise geometric size of a membrane-based pressure sensor. The study focuses on quartz based solution but can be applied to any piezoelectric material. This manuscript also presents the sensor construction. The application as sensor has been validated and compared with results obtained with the above evolve model. Comparisons between experimental and theoretical reveals a quite good agreement and allows to validate the model reliability and the efficiency of the proposed optimization, and the model had no equivalent until now. The developped model yields new computation tools which allows acurate and fast design acoustic wave devices sensors for measuring mechanical parameters as illustrated throughout the manuscript. The final application concerns blood pressure monitoring using an external use of the sensor; Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de capteurs à ondes élastiques de surface pour la télémesure de grandeurs physiques pour les applications biomédicales, et plus particulièrement la mesure de pression artérielle. Ce mémoire présente tout d'abord le développement d'un modèle physique inédit permettant la simulation de dispositifs à ondes élastiques de surface en milieu contraint mécaniquement avec une distribution inhomogène de contrainte. L'ensemble du modèle est détaillé et utilisé afin d'optimiser la géométrie d'un capteur de pression à membrane. L'étude est dédiée aux capteurs sur quartz mais peut être appliquée à tout type de matériaux piézoélectriques. Ce mémoire présente également la réalisation du capteur. L'application en tant que capteur a été validée et comparée avec les résultats obtenus à partir du modèle développé. Les comparaisons théorie/expériences montrent l'efficacité du modèle développé et la pertinence des règles de conception, qui jusqu'à présent, n'avait aucun équivalent. Le modèle développé mis en \oe vre sous forme logicielle permet des études plus poussées dans tout le domaine d'application de capteur à base de dispositifs à ondes élastiques et plus particulièrement pour les mesures de grandeur mécaniques comme illustré tout au long de ce mémoire. Pour conclure le manuscrit, nous montrons l'utilisation du capteur pour la mesure de la pression artérielle par voie externe.

This PhD thesis concerns the realization of tunable microwave functions using KTa1-xNbxO3 (KTN) thin films developed at the Unité Sciences Chimiques in Rennes.Our research work began by developing a thin film characterization method whose measurement conditions were very close to those of our future circuits. The analyses of KTN thin films deposited on different substrates highlighted the strong influence of the chosen substrate on the microwave dielectric properties of KTN.Thereafter, we realized several sets of demonstrators (interdigital capcitors and stub resonators) with the aim to evaluate the potential of KTN thin films for the realization of microwave agile devices. Numerous substrates and KTN compositions were studied to identify the couple which presents the most interesting performances. KTa0,5Nb0,5O3 thin films deposited on sapphire appeared to be the most promising couple and had been privileged for our future realizations.Afterwards, new systems of measurement were developed to enable the application of high bias voltages. Several type of circuits were then realized and measured: reflection- and transmission-type capacitors, stop-band and pass-band resonators, phase-shifters and filters. Taken as a whole, measured performances demonstrate the high agility potential of KTN-based circuits. On the other hand, insertion losses are even too elevated. Chemical and electronic research leads to improve the performances of these devices are very promising and let us hope, at mid-term, a possible integration of our agile devices in multistandards front-ends.; Cette thèse porte sur l'élaboration de fonctions hyperfréquences accordables à base de couches minces ferroélectriques KTa1-xNbxO3 (KTN) développées à l'Unité Sciences Chimiques de Rennes 1.Notre travail a débuté par la mise au point d'une méthode de caractérisation adaptée à des couches d'épaisseur très faible dans des conditions de mesure proches de celles de nos futurs dispositifs. L'analyse de couches minces KTN déposées sur des substrats différents a mis en évidence une forte influence du substrat sur les propriétés diélectriques hautes fréquences de KTN.Par la suite, nous avons réalisé plusieurs séries de démonstrateurs (capacités interdigitées et résonateurs stub) afin de tester le potentiel des couches minces KTN pour l'accordabilité en hautes fréquences. De nombreux substrats et compositions KTN ont été étudiés afin d'identifier le couple présentant les performances les plus intéressantes. Les couches minces de KTa0,5Nb0,5O3 déposées sur saphir se sont avérées les plus prometteuses et ont été privilégiées pour la suite de nos travaux.Puis, de nouveaux systèmes de mesure ont été mis en place pour permettre l'application de tensions de commande importantes. Plusieurs types de circuits ont alors été réalisés puis mesurés dont des capacités variables en transmission et en réflexion, des résonateurs de type coupe-bande et passe-bande, des déphaseurs et des filtres. Globalement, les performances obtenues démontrent le très fort potentiel des dispositifs utilisant des couches minces KTN en terme d'agilité. Par contre, les pertes d'insertion observées sont pour l'instant trop élevées. Les pistes actuellement explorées pour l'amélioration des performances de ces dispositifs, tant sur le plan de la réalisation des couches que de la conception des circuits, sont très prometteuses et laissent présager, à moyen terme, une intégration possible de ces dispositifs au sein de front-end multistandards.

This PhD thesis concerns the realization of tunable microwave functions using KTa1-xNbxO3 (KTN) thin films developed at the Unité Sciences Chimiques in Rennes.Our research work began by developing a thin film characterization method whose measurement conditions were very close to those of our future circuits. The analyses of KTN thin films deposited on different substrates highlighted the strong influence of the chosen substrate on the microwave dielectric properties of KTN.Thereafter, we realized several sets of demonstrators (interdigital capcitors and stub resonators) with the aim to evaluate the potential of KTN thin films for the realization of microwave agile devices. Numerous substrates and KTN compositions were studied to identify the couple which presents the most interesting performances. KTa0,5Nb0,5O3 thin films deposited on sapphire appeared to be the most promising couple and had been privileged for our future realizations.Afterwards, new systems of measurement were developed to enable the application of high bias voltages. Several type of circuits were then realized and measured: reflection- and transmission-type capacitors, stop-band and pass-band resonators, phase-shifters and filters. Taken as a whole, measured performances demonstrate the high agility potential of KTN-based circuits. On the other hand, insertion losses are even too elevated. Chemical and electronic research leads to improve the performances of these devices are very promising and let us hope, at mid-term, a possible integration of our agile devices in multistandards front-ends., Cette thèse porte sur l'élaboration de fonctions hyperfréquences accordables à base de couches minces ferroélectriques KTa1-xNbxO3 (KTN) développées à l'Unité Sciences Chimiques de Rennes 1.Notre travail a débuté par la mise au point d'une méthode de caractérisation adaptée à des couches d'épaisseur très faible dans des conditions de mesure proches de celles de nos futurs dispositifs. L'analyse de couches minces KTN déposées sur des substrats différents a mis en évidence une forte influence du substrat sur les propriétés diélectriques hautes fréquences de KTN.Par la suite, nous avons réalisé plusieurs séries de démonstrateurs (capacités interdigitées et résonateurs stub) afin de tester le potentiel des couches minces KTN pour l'accordabilité en hautes fréquences. De nombreux substrats et compositions KTN ont été étudiés afin d'identifier le couple présentant les performances les plus intéressantes. Les couches minces de KTa0,5Nb0,5O3 déposées sur saphir se sont avérées les plus prometteuses et ont été privilégiées pour la suite de nos travaux.Puis, de nouveaux systèmes de mesure ont été mis en place pour permettre l'application de tensions de commande importantes. Plusieurs types de circuits ont alors été réalisés puis mesurés dont des capacités variables en transmission et en réflexion, des résonateurs de type coupe-bande et passe-bande, des déphaseurs et des filtres. Globalement, les performances obtenues démontrent le très fort potentiel des dispositifs utilisant des couches minces KTN en terme d'agilité. Par contre, les pertes d'insertion observées sont pour l'instant trop élevées. Les pistes actuellement explorées pour l'amélioration des performances de ces dispositifs, tant sur le plan de la réalisation des couches que de la conception des circuits, sont très prometteuses et laissent présager, à moyen terme, une intégration possible de ces dispositifs au sein de front-end multistandards.