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International audience

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The Internet of Things is undergoing an exceptional development that is likely to bring about a major change in our lifestyles in the coming years. In this context, many markets, such as gas sensors, want to integrate this revolution. However, the different technologies of these sensors with a high Technology Readiness Level are incompatible with the needs of the Internet of Things, such as low energy consumption. Thus, one of the proposed solutions is the development of passive radio fre-quency technology since it has many advantages such as its very low remote energy consumption, its reversibility at room temperature, or its low manufacturing cost. The objective of my thesis is to design and integrate new RF transducers for the detection of volatile and harmful chemical species. Thus, the first chapter of this manuscript highlights the reasons explaining the need to be able to detect and measure specific gases as well as the different existing sensor technologies. The second chapter presents the design studies and also the characterizations of the materials used. Finally, a third and last part explains the measurements carried out under gas and humidity as well as the methods used to carry out the data processing., L’internet des objets connaît un développement exceptionnel qui risque de provoquer un changement important de nos modes de vies au cours des prochaines années. Dans ce contexte, de nombreux marchés tel que celui des capteurs de gaz souhaitent intégrer cette révolution. Cependant, les différentes technologies de ces capteurs possédant un niveau de maturité avancé sont incompatibles avec les besoins de l’internet des objets, comme par exemple une faible consommation d’énergie. Ainsi, une des solutions proposées est le développement de la technologie radiofréquence passive puisque celle-ci possède de nombreux avantages tels que sa très faible consommation d’énergie indirecte, sa réversibilité à température ambiante, ou bien encore son faible coût de fabrication. L’objectif de ma thèse consiste à concevoir et intégrer de nouveaux transducteurs RF pour la détection d’espèces chimiques nocives. Ainsi, le premier chapitre de ce manuscrit met en avant les raisons expliquant la nécessité d’être capable de détecter et de mesurer certains gaz ainsi que les différentes technologies de capteurs existantes. Le deuxième chapitre présente les études de conceptions ainsi que les caractérisations des matériaux utilisés. Enfin, une troisième et dernière partie expose les mesures réalisées sous gaz et humidité ainsi que les méthodes permettant de réaliser le traitement des données.

This thesis report deals with the development of a methodology for the design of bandpass filters including dispersive coupling to optimize the selectivity of these filters by generating and controlling the position of additional transmission zeros. A state of the art on the different approaches proposed in the literature for the synthesis of microwave filters with dispersive coupling is first proposed. This analysis is illustrated by several concrete examples, and a structure in particular, comprising a coupling capacitive post, is the starting point of the work. New dispersive coupling elements were then proposed, capable of generating both positive and negative couplings, thus enabling the transmission zeros to be positioned in the upper or lower stopped band. These elements have then been integrated in more complex filtering structures to achieve, for example, on-line structures having several out-of-band transmission zeros or multiband filters with enhanced selectivity. Many of the devices designed have been manufactured and measured. The experimental results are in good agreement with the simulations validating the proposed approach., Ces travaux de thèse concernent la mise au point d’une méthodologie de conception de filtres passe-bandes à couplages dispersifs permettant d’optimiser la sélectivité de ces filtres en générant et en contrôlant la position de zéros de transmission supplémentaires. Un état de l’art sur les différentes approches proposées dans la littérature pour la synthèse de filtres hyperfréquences à couplage dispersif est d’abord proposé. Cette analyse est illustrée par plusieurs exemples concrets, et une structure en particulier, comportant un couplage par plot capacitif, constitue le point de départ des travaux. De nouveaux éléments de couplage dispersifs ont été ensuite proposés, capables de générer aussi bien des couplages positifs que négatifs, permettant ainsi de positionner les zéros de transmission dans la bande stoppée supérieure ou inférieure. Ces éléments ont alors été intégrés dans des structures de filtrage plus complexes pour réaliser par exemple des structures en ligne possédant plusieurs zéros de transmission hors bande ou des filtres multibandes à la sélectivité renforcée. Plusieurs des dispositifs conçus ont été fabriqués et mesurés. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les simulations validant ainsi l’approche proposée.

The aim of this thesis is to design a new tunable and compact multifunctional device (filters, antennas) based on the co-design of an antenna and the associated filter. The subsystem needs to fit with electrical specifications for ISM band applications at 2.45GHz while being integrated and compact. The antenna and the filter are jointly developed on particular impedances where the antenna has a high radiation efficiency. The filter is optimized to adapt the antenna on its optimal impedance and introduce minimal losses. The work has initially been focused on the co-design and the co-integration of functions to finish on the tunability of the filter/antenna subsystem design., Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception de dispositifs multifonctions (filtre-antennes) à la fois compacts et agiles, mis au point par une conception conjointe des éléments associés. Le sous-système doit répondre à des spécifications électriques pour des applications dans la bande ISM à 2,45 GHz ainsi qu’à des contraintes d’intégration et d’encombrement. L’antenne et le filtre sont développés conjointement sur une impédance particulière où l’antenne, réduite en dimensions, présente une efficacité de rayonnement optimale. Le filtre est optimisé pour adapter l’antenne sur son impédance optimale et pour présenter des pertes minimales. Les travaux se sont focalisés dans un premier temps sur la co-conception et la co-intégration des fonctions, puis sur l’accord en fréquence du sous-système.