Analyse et conception dans la bande ISM de structures coaxiales TEM et quasi-TEM pour des applications médicales et biologiques

Abstract

Dans cette thèse, la méthode des moments (MoM), la méthode des éléments finis (MEF) en 2D et le logiciel CST en 3D, sont employés pour la détermination des grandeurs électromagnétiques (EM) des résonateurs IRM blindés TEM et Quasi-TEM afin de concevoir dans la bande ISM des sondes ayant un coefficient de qualité élevé trouvant leur application dans le domaine médicale et biologique. La simulation des structures analysées et conçues, est basée sur l’utilisation de la théorie des lignes de transmission en se servant des matrices de répartition en puissance [S]. Les travaux réalisés dans cette thèse sont résumés dans les points suivants:  La caractérisation par la méthode MEF et MoM des grandeurs EM du résonateur en anneau fendu (Split Ring Resonator : SRR) TEM et quasi-TEM. Ce dernier chargé avec un élément biologique (muscle) de permittivité relative (εr=64.21).  La conception de deux sondes IRM de type SRR TEM et quasi-TEM respectivement. La première fonctionne à une fréquence 340 MHz (IRM du proton à 8T), la seconde fonctionne à une fréquence de 433 MHz (bande ISM).  La caractérisation par la MoM des grandeurs EM de deux types de résonateur largement utilisés en IRM à savoir le résonateur à bandes symétriques circulaires blindé (STR) et le résonateur à bandes elliptique blindé (SER) TEM et quasi-TEM. Dans le cas inhomogène, ils sont chargé avec un élément biologique (le coeur) de permittivité relative (εr=60.74).  La conception de sondes IRM-UHF de type STR et SER TEM et quasi-TEM fonctionnant à 433 MHz (bande ISM) et utilisant la configuration optimale du résonateur non chargé (εr=1).  Une caractérisation par la MoM des paramètres EM du résonateur TEM en forme de cage d’oiseau à n-lignes coaxiales couplés (BCR) et l’optimisation de sondes IRM-UHF fonctionnant à 433 MHz et utilisant le résonateur TEM BCR à lignes coaxiales couplés (n=24, 16, 12 et 8).  Une caractérisation par la MEF et la MoM des paramètres EM du résonateur à 16-lignes coaxiales couplés et conception d’une sonde fonctionnant à la fréquence de 300 MHz (IRM du proton à 7 T) et utilisant ce dernier. Les résonateurs que nous avons caractérisés dans les travaux énumérés ci-dessus ont fait l’objet de deux publications internationales.