Résumé :

Les travaux présentés dans cette thèse sont consacrés à l’étude du guidage d’ondes de surface sur des métamatériaux fabriqués sur textile à base de fils conducteurs. Ces études ont pour objectif principal de contribuer au développement des technologies dédiées aux ondes de surface sur des textiles pour les applications de communication autour du corps humain fonctionnant à 2.45 GHz. L’existence de l’onde de surface est connue davantage dans le domaine de l’optique par le plasmon polariton de surface qui se propage naturellement sur la surface du métal. L’onde de surface est caractérisée par un champ électromagnétique confiné à la surface du métal et par une vitesse de propagation lente par rapport à la vitesse de propagation en espace libre. Afin de bénéficier de ces propriétés, le domaine des métamatériaux permet d’étendre ce concept vers les basses fréquences grâce à un arrangement périodique de motifs métalliques. Les études présentées dans cette thèse se focalisent sur la propagation d’une onde de surface sur des lignes corruguées ou à méandre sans plan de masse, et sur des métasurfaces à deux dimensions. Les ondes de surface ont été excitées en champ proche par des antennes dipôles. Des lignes et métasurfaces ont été fabriquées en technologie de circuit imprimé PCB, et d’autres sur des textiles à l’aide de techniques de fabrications conventionnelles largement utilisées dans le domaine textile à savoir la broderie et le tricot 3D dit spacer. Les performances en termes de transmission et de diagramme de dispersion de l’onde électromagnétique sur les différentes structures textiles sont analysées en détails expérimentalement et en simulation. Elles sont aussi comparées aux performances des structures sur PCB. Les lignes en méandre et les métasurfaces brodées sur un textile en coton ont révélé de bonnes performances avec une amélioration de la transmission entre les antennes comparativement à la transmission en espace libre. Les performances de transmission d’une ligne en méandre sous courbures ont aussi été évaluées expérimentalement dans l’objectif des communications autour du corps humain. L’ensemble des travaux présentés est basé sur des études de simulation vérifiées expérimentalement en déterminant d’une part les courbes de dispersion et d’autre part les propriétés de transmission.

Abstract :

The work presented in this thesis is devoted to the study of surface wave guidance on textile metamaterials based on conductive threads. The main objective of these studies is to contribute to the development of technologies dedicated to surface waves on textiles for communication applications around the human body operating at 2.45 GHz. The existence of the surface wave is known more in the field of optics by the surface plasmon polariton which propagates naturally on the surface of the metal. The surface wave is characterized by an electromagnetic field confined to the metal surface and by a slow propagation speed compared to the propagation speed in free space. In order to benefit from these properties, the field of metamaterials allows to extend this concept to low frequencies thanks to a periodic arrangement of metallic patterns. The studies presented in this thesis focus on the propagation of a surface wave on corrugated or meandering lines without ground plane, and on two-dimensional metasurfaces. The surface waves were excited in the near field by dipole antennas. Lines and metasurfaces were fabricated on PCB technology, and others on textiles using conventional fabrication techniques widely used in the textile field, namely embroidery and 3D knitting called spacer. The performances in terms of transmission and dispersion diagram of the electromagnetic wave on the various textile structures are analyzed in detail experimentally and in simulation. They are also compared to the performances of the structures on PCB. Meander lines and metasurfaces embroidered on a cotton textile showed good performance with improved transmission between antennas compared to free space transmission. The transmission performance of a meander line under curvature has also been experimentally evaluated for the purpose of communications around the human body. All the presented work is based on simulation studies verified experimentally by determining on the one hand the dispersion curves and on the other hand the transmission properties.