Enhanced fluid characterization in the millimeter-wave band using Gap Waveguide Technology
Amélioration de la caractérisation fluidique dans la bande des fréquences millimétriques en utilisant la technologie Gap Waveguide
Résumé
Microfluidic systems have emerged as a promising technology for molecular analysis, biodefence and microelectronics. Fluid sensing by microwave sensors based on the RF analysis offers new possibilities for the characterization of mediums by non-invasive methods. Several techniques are available in the frequency domain for analyzing the dielectric properties of liquids and their composition. Among them, one of the most accurate techniques is the resonant cavity methods. However, these techniques are incompatible with lab-on-chip process due its dimensions in the millimeter-wave band. In this context, a new structure called gap waveguide appears as a good candidate to overcome the principal drawbacks of the classical resonant cavities. This thesis presents the development of the gap waveguide technology in the millimeter-wave band. Other conventional technologies are discussed as well, to compare them with the performance in terms of gap waveguide losses. We also present the resonator design based on gap waveguide capable of working in the microfluidic sensing domain in the millimeter-wave band. In this context, we propose a comparative study between gap waveguide and Substrate Integrated Cavity (SIC) with the aim to characterize the fluid permittivity at 60 GHz. With this purpose, several prototypes have been manufactured with Printed Circuit Board (PCB) and Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) technologies. An important experimental was carried out to validate work some critical steps in the LTCC process which are important for the gap waveguide manufacturing, particularly those related with the creation of cavities using LTCC materials.
Les systèmes micro-fluidiques apparaissent comme une technologie très prometteuse pour l¿analyse moléculaire, la bio-défense et la micro-électronique. La détection de fluides par des capteurs à micro-ondes fondée sur l¿analyse RF offre de nouvelles possibilités pour la caractérisation des milieux par des méthodes non invasives. Plusieurs techniques RF existent pour analyser les propriétés diélectriques des liquides et leur composition. Parmi elles, celle qui a été choisie car étant l¿une des plus précises repose sur cavités résonants. Toutefois, la plupart de ces techniques ne sont pas compatibles avec le processus " lab-on-chip " en raison de leurs faibles dimensions dans la bande des fréquences millimétriques (¿ < 1cm). Dans ce contexte, une nouvelle structure appelée " gap waveguide " apparaît comme être un bon candidat pour palier les principaux inconvénients des techniques classiques. Cette thèse présente le développement de la technologie " gap waveguide " dans la bande millimétrique. Elle est comparée à d¿autres technologies classiques telle la technologie SIW (" Substrate Integrated Waveguide ") afin d¿évaluer ses performances en termes de pertes. Par la suite, je présente la conception du résonateur basée sur " gap waveguide " compatible avec la création d¿un canal micro-fluidique dans la bande millimétrique. Dans ce cadre, j¿ai effectué une étude comparative entre la " gap waveguide " et " Substate Integrated Cavity " afin de caractériser la permittivité des fluides à 60 GHz. Pour ce faire, plusieurs prototypes ont été fabriqués avec les technologies " Printed Circuit Board (PCB) " et Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) ". Un important travail expérimental a été réalisé pour valider les étapes critiques du procédé LTCC avec la technologie " gap Waveguide ", en particulier celles liées à la création de cavités.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)