Dissertations / Theses on the topic 'Antennes planaires'

Dans ce travail, nous présentons un nouveau concept dans l'objectif de conduire à une réduction sensible de la taille des sources élémentaires dans un réseau d'antennes actives. L'idée est d'intégrer les composants actifs sur un circuit planaire, qui est disposé orthogonalement par rapport à l'élément rayonnant. On réserve ainsi le plan horizontal au seul élément rayonnant en rejetant dans le plan vertical toute la circuiterie associée. Dans cette thèse, deux méthodes d'alimentation orthogonale planaire sont proposées pour exciter un résonateur diélectrique. Les deux méthodes qui emploie un guide microfente ou/et un guide coplanaire sont présentées pour réaliser des structures en polarisation linéaire, circulaire et en double polarisation dans la bande C. Une étude de faisabilité technologique démontre également la possibilité d'une transposition en bande Ka
In this work, we present a new concept which aims at reducing the size of the elementary source in the active antenna network. The idea is to integrate active components on a planar substrate, which is orthogonally placed in respect to the radiating element. Then the horizontal plane is reserved for the radiating elements only , by placing on the vertical plane all the associated actives circuits. In this thesis, two planar orthogonal feed methods are proposed to excite a dielectric resonator. The two methods, which use a slotline waveguide and/or coplanar waveguide, are presented to realise structures with linear, circular or dual polarisations in the C-band. A technology feasibility study also proves that a transposition in Ka-band is possible

Les technologies associées aux antennes imprimées, peu répandues dans les dispositifs grand public, peuvent apporter des solutions intéressantes aux spécifications de plus en plus strictes (coût, débit de transmission, dimensions) imposées aux divers systèmes de télécommunication actuels (téléphonie mobile, internet, télévision numérique, etc. ). La première partie de ce mémoire est consacrée à l'utilisation d'un nouveau matériau de faible permittivité et à faibles pertes, la mousse d'imide polyméthacrylate, pour la conception de réseaux d'antennes passives à polarisation circulaire pour les communications terrestres et satellitaires. (. . . ). Dans la deuxième partie du mémoire, de nouveaux concepts sont présentés dans le domaine des antennes actives à base d'antennes oscillantes. Tout d'abord, une antenne mélangeuse auto-oscillante utilisant une antenne à cavité a été conçue et mesurée. L'oscillateur fonctionnant à une fréquence de résonance de la cavité, les niveaux de bruit de phase et de rayonnement parasite de l'oscillateur sont faibles. La modulation de phase à 2 et 4 états d'une antenne oscillante est ensuite mise en oeuvre et a permis des débits supérieurs à 1 Mbit/s. Enfin, une nouvelle méthode de mise en réseau d'antennes oscillantes permettant, grâce à une configuration séquentielle, d'obtenir un réseau générant une polarisation circulaire de bonne qualité et de façon très fiable, est étudiée théoriquement et validée expérimentalement. (. . . )

L'analyse de l'antenne patch couple a une fente rectangulaire est decrite. La solution est basee sur la methode de la resonance transverse. Le champ electrique de l'ouverture est developpe sur des fonctions d'essai gp. Ces fonctions d'essai sont de la meme nature que le champ electrique. Une technique variationnelle est utilisee pour generer ces fonctions d'essai. Des parois metalliques sont placees autour du patch pour ameliorer le decouplage. L'analyse theorique est decrite et des resultats concernant l'impedance d'entree, le diagramme de rayonnement et le couplage sont presentes. Un bon accord entre la theorie et l'experience est obtenu a 2. 25 ghz et 5. 75ghz

Nous étudions la mise en oeuvre d ‘antenne à balayage électronique dédiés aux applications de communications par satellite géostationnaire. Les structures développées sont adaptées pour être embarquées dans un avion ou un train. L'architecture de l'antenne développée est constituée d’un double réseau linéaire dans deux dimmensions transverses. Le balayage dans chaque réseau linéaire est assuré par des lignes coplanaires à métamateriaux contrôlées par varactor. Nous porposons de nouvelles méthodes de caracterisation des discontinuités en ligne coplanaire pour la conception de la ligne. De plus, un système de prélèvement d'énergie a dû être conçu afin d'alimenter des éléments rayonnants et testé avec différentes antennes patch. Enfin, nous envisageons la co-intégration des structures rayonnantes et des lignes CRLH ainsi que le contrôle électronique par les diodes
We are studying the implementation of 'Scanning Antenna dedicated to the applications of satellite communications geostationary. The structures developed are suitable for to be on board an airplane or a train. The architecture of the antenna developed consists of a double linear network in two transverse dimmensions. The scan in each network is provided by the lines coplanar to metamaterials controlled by varactor. We porposons of new methods characterization of discontinuities coplanar online for the line design. In addition, a energy harvesting system has be designed to feed radiating elements and tested with patch different antennas. Finally, we are considering co-integration radiating structures and CRLH lines as well as control electronic by the diodes

Ce travail se divise en deux parties : la première concerne l'étude des structures périodiques planaires associées aux antennes et la seconde, les structures périodiques conformes. Même si la première partie est un sujet étudié depuis plusieurs années, cette thèse apporte une analyse nouvelle (source placée à l'intérieur de la structure, méthode basée sur la théorie des réseaux) et de nouveaux résultats (lieux de résonance et extrema, obtention de structures avec la dualité des bandes interdites et propagées, adaptation d'une antenne insérée dans une structure périodique planaire, ouverture angulaire en fonction de la fréquence). Les structures périodiques conformes sont par contre nouvelles. Il est fait une étude systématique de ces structures. L'application principale de la thèse est un projet RNRT dont l'objectif est de réaliser des antennes pour station de base GSM-UMTS. Une antenne utilisant une structure périodique conforme et répondant au cahier des charges, a été conçue.

Le but de cette these est l'analyse rigoureuse d'antennes planaires de forme quelconque pour des plans de masses de dimensions finies ou infinies. La geometrie de l'antenne est decrite par un mailleur qui effectue la triangulation de toutes les parties metalliques de l'antenne. Cette surface ainsi discretisee sert de support a la resolution de l'equation variationnelle du champ electrique. Le logiciel de simulation numerique sr3d (systemes rayonnants a 3 dimensions) qui decoule de cette methode permet l'analyse complete d'antennes planaires de forme simple (carre, disque) ou complexe (double spirale). Les differentes techniques de visualisation du champ electromagnetique ont permis d'analyser le fonctionnement des antennes etudiees

Ce travail concerne la caracterisation des guides coaxiaux et la generation d'une base numerique de fonctions d'essai qui est utilisee pour modeliser les antennes planaires alimentees par sonde coaxiale. Tout d'abord, le guide coaxial rectangulaire dont le conducteur interne est de forme quelconque a ete caracterise a partir des fonctions generatrices des champs electromagnetiques. Ces fonctions ont ete obtenues a partir d'equations integrales resolues par la methode des moments et la technique des elements de frontiere. Cette etude a permis de constater que la meilleure methode de resolution numerique est une methode de moindres carres. Le potentiel et le champ du mode electromagnetique transverse de la structure ont egalement ete determines. Il a ensuite ete montre que l'ensemble des fonctions generatrices constitue une base orthogonale. Pour cela, une methode permettant d'alleger et d'accelerer certains calculs en ramenant le calcul d'ne integrale de surface a l'evaluation d'une simple integrale de contour a ete utilisee. Ces fonctions ont ete employees pour calculer les frequences de resonance d'une plaque metallique. Enfin, tous ces resultats ont ete utilises pour modeliser les antennes planaires de formes quelconques alimentees par sonde coaxiale. Le diagramme de rayonnement est obtenu a partir du champ dans l'ouverture. Une forme variationnelle permet de determiner l'impedance d'entree de la structure. Une serie de mesures a ete realisee pour confirmer les resultats

Un des impératifs, en premier d’ordre commercial, des opérateurs de communications mobiles et d’équipementiers électroniques modernes est d’augmenter l'intégration des systèmes pour accroitre leur fonctionnalité tout en réduisant l'espace et le coût final : « obligation de compacité ! ». Cela répond à la nécessité de transmettre des informations à très haut débit pour satisfaire la demande des utilisateurs : « De plus en plus d’antennes de fonctionnalité très variée sur des bandes de fréquences au nombre incalculable et de dimensions de plus en plus petites, à insérer dans de volumes réduits (systèmes miniaturisés) en préservant leurs performances ». Or c’est dans ces confinement que les niveaux des interférences électromagnétiques (IEM) et des couplages mutuels sont les plus forts. Ils peuvent présenter une réelle menace pour le fonctionnement des systèmes en réduisant considérablement leurs performances et en particulier pour certains de ces composants qui travaillent à de faibles niveaux de tension de seuil, vulnérables aux bruits EM. La réduction du niveau de ces perturbations devient un enjeu crucial auquel est confronté les concepteurs aussi bien d'équipements électroniques (circuits intégrés, carte de circuits imprimés, interconnections,. . ) que de systèmes d’antennes et de réseaux d’antennes. Le problème qui nous intéresse ici est celui des perturbations EM et couplages mutuels « intentionnels » dus au fait que les éléments rayonnants soient placés à proximité les uns des autres et partagent souvent, un plan de masse (ou de référence) commun. Plusieurs stratégies ou techniques peuvent être mises en œuvre et/ou développées pour réduire ces perturbations électromagnétiques (IEM et couplages EM). Parmi ces techniques, on trouve l'isolation des composants critiques par le blindage, l'adaptation, le filtrage, l'ajout de matériaux et absorbants, et des matériaux à pertes… Cependant, on notera que toutes les techniques sont valables pour une certaine bande de fréquence et qu’elles ne peuvent pas protéger le système pour les IEM qui se produisent à des fréquences différentes ; en dehors de ces bandes. C’est une limitation principale de ces stratégies. Pour le domaine des antennes (Entrées-multiples et sorties-multiples MIMO mobiles ou système d’antennes pour émission/réception par exemple), plusieurs procédés (stratégies ou techniques) de découplage ont été proposés pour améliorer l'isolation entre deux antennes rapprochées. Elles sont développées en fonction du niveau de l’isolation demandée, pour une distance inter-élément imposée par l’application en cours. Ainsi par exemple, 10 - 15 dB d’isolation sont généralement suffisants pour obtenir une faible corrélation dans les MIMO leur permettant d’assurer de bonnes performances, alors qu’une isolation, meilleure que 60 dB est exigée pour une application d’antenne radioaltimètre ! On veillera systématiquement à vérifier par la mesure, que l’efficacité, le gain et les diagrammes de rayonnement des prototypes antennes conçues avec ces stratégies d’isolation soient conformes aux spécifications et qu’aucune altération n’est introduite, bien au contraire on devrait réaliser une amélioration pour certains de ces paramètres. Parmi les techniques proposées récemment, celle qui utilise un élément parasite (sans aucun contact avec les antennes actives) de faibles dimensions par rapport à la longueur d’onde pouvant fournir l'effet de découplage attendu. L’élément parasite est inséré à mi-distance entre les antennes. Il peut être conçu comme : - Un défaut dans le plan de masse ou « Defected Ground Structure ; DGS ». - Un métamatériau tel que les surfaces à haute impédance (SHI) de Sievenpiper (travaux de 1999). Ces structures peuvent fournir une caractéristique très appréciée, celle de supprimer la propagation des ondes de surface dans une bande de fréquence donnée. Les travaux présentés dans cette thèse sont focalisés sur l’étude des structures métamatériaux (MTM) et de leurs propriétés de suppression des ondes de surface et le potentiel de leur application à réduire les couplages mutuels entre les antennes imprimées sur un substrat microruban. On étudiera spécialement la réduction des couplages mutuels liés aux courants de surface à travers le substrat. Nous proposerons l’étude de plusieurs structures métamatériaux de propriétés très différentes : - Les structures périodiques présentant une bande interdite (ou bandgap) totale pour tous les modes de propagation ; dites EBG, - Les structures Uni-planaires qui arrêtent de propagation des ondes de surface (TE et/ou TM) dans une direction privilégiée. Ce sont des matériaux qui présentent soit une permittivité négative (ENG) soit une perméabilité négative (MNG). Et de ce fait, les modes de propagation sont des modes évanescents
One of the requirements, commercial in the first order, of mobile operators and modern electronic equipment is to increase the integration of systems with the aim to boost functionality while reducing space and the final cost “requirement of compactness!” This responds to the need to transmit information at very high speed to meet the demands of users: "Inserting more and more smaller antennas of a huge functionality with a high variety of innumerable frequency bands, into small volumes (miniaturized systems) still maintaining their performances. ” But in that containment, the levels of electromagnetic interference (EMI) and mutual coupling is the strongest. They can present a real threat to the functioning of the systems, by significantly reducing their performances and especially for some of these components that work with low level of threshold voltage, vulnerable to EM noise. Reducing the level of these disturbances becomes a critical issue faced by designers as well as electronic equipment (integrated circuits, printed circuits, interconnections. . . ) as antenna systems and antenna arrays. The problem that concerns us here is that of EM interference and mutual coupling "intentional" due to the fact that the radiating elements are placed close to each other and often share a ground plane (or reference) common. Several strategies and techniques can be implemented and/or developed to reduce electromagnetic interference (EMI coupling and EM). Among these techniques is the isolation of critical components for the shield, adaptation, filtering, adding of material absorber, and losses materials. . . However, note that all techniques are valid for a certain frequency band and they cannot protect the system for EMI that occur at different frequencies; outside these bands. This is a major limitation of these strategies. In the field of antennas (multiple-input and multiple-output, or MIMO mobile antenna system for transmitting/receiving for example), several processes (strategies or techniques) decoupling have been proposed to improve the isolation between two antennas. They are developed based on the level of insulation required for inter-element imposed by the current application remotely. For example, 10 to 15 dB of isolation are generally sufficient to obtain a low correlation in MIMO enabling them to ensure good performance, whereas isolation better than 60 dB is required for an application of radio altimeter antenna! We always take care to check the extent that the effectiveness, gain and radiation patterns of prototype antennas designed with these strategies insulation conform to specifications and that no alteration is made; rather they should achieve an improvement in some of these parameters. Among the techniques recently proposed, which uses a parasitic element (without any contact with the active antennas) of small dimensions relative to the wavelength which can provide the expected effect of decoupling? The parasitic element is inserted midway between the antennas. It can be designed as: - Defected Ground Structure; DGS. - A metamaterial as high surface impedance (SHI) of Sievenpiper (work of 1999). These structures can provide a very popular feature that suppress the propagation of surface waves in a given frequency band. The work presented in this thesis focused on the study of metamaterial structures (MTM) and their properties suppression of surface waves and their potential application to reduce the mutual coupling between microstrip antennas printed on a substrate. We specifically consider reducing mutual coupling associated with surface currents through the substrate. We propose the study of several metamaterial structures very different properties: - Periodic structures with a total bandgap for all modes of propagation; named EBG - Unit-planar structures that stop the propagation of surface waves (TE and/or TM) in a preferred direction. These are materials that have either a negative permittivity (ENG) or a negative permeability (MNG). And thus the propagation modes are evanescent modes

The works presented in this thesis concern the study of periodic planar antennas by the theory of EBG materials. We first propose a means to reduce the size of printed antenna based on periodic structure (UC-PBG type). For this purpose, we modify the dimensions of the unit cell in order to slow down the phase velocity in the pattern. The various structures are analyzed with the dispersion diagrams. As the material is used as a radiating element, it is not used in its first bandgap. Then, we propose a new type of dual-band antenna based on a stacked patch antenna and a EBG antenna. In the second part, we also try to obtain a reduction effect with metamaterials based on coplanar waveguide periodically loaded with reactive elements. Equivalents models are introduced to determine the dispersion equation and to locate the frequency bandgap. A parametric study on the period of the structure shows frequencies inside and outside the light cone. For this type of structure, reduction of the length resonant is not realized because the antennas present important values of attenuation. In the last part, we are interested in the insertion of RF MEMS in a cavity-backed slot antenna. The simulated results show the possibility to have a reconfigurable antenna on one octave by changing the capacitive ratio of this microswitches
Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'étude d'antennes planaires à motifs périodiques par la théorie des matériaux à BIE. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de réduction de la taille d'antennes imprimées à partir de motifs périodiques (type UCPBG). Pour cela, nous modifions les dimensions de la cellule élémentaire afin de ralentir la vitesse de propagation de l'onde dans le réseau. Les diagrammes de bandes sont calculés analytiquement à l'aide de circuits équivalents. Les différentes structures ne fonctionnent pas dans leur première bande interdite car elles sont utilisées en tant qu'élément rayonnant. Puis, nous proposons un nouveau type d'antenne bibande basé sur l'empilement d'une antenne patch et d'une antenne à BIE. Dans la seconde partie, nous cherchons également à obtenir un effet de réduction à l'aide de métamatériaux basés sur des lignes coplanaires chargées périodiquement d'éléments réactifs. Des modèles équivalents sont introduits pour déterminer l'équation de dispersion en vue de localiser les bandes de fréquences interdites. Une étude paramétrique sur la période de la structure montre des fréquences situées à l'intérieur et à l'extérieur du cône de lumière. Pour ce type de structure, la réduction de la longueur résonnante n'a pas été obtenu car le matériau présente une atténuation importante. Dans la dernière partie, on s'intéresse à l'insertion de MEMS RF dans une antenne à fente blindée à l'arrière. Les résultats simulés montrent la possibilité d'avoir une antenne reconfigurable en fréquence sur une octave en modifiant le rapport capacitif de ces composants

Avec l’essor des applications multimédias, le besoin de réaliser des communications sans fil à des débits de l’ordre du Gbit/sec pour des applications WPAN (« Wireless Personal Area Network ») est de plus en plus important. Pour cela, il faut pouvoir disposer d’une large bande passante. Or, à 60 GHz, il y a une bande passante de 8 GHz libre d’utilisation pour des communications sur des courtes distances. Lors de cette thèse, nous avons tout d’abord étudié les caractéristiques des canaux de propagation dans les environnements Indoor à 60 GHz. Ces informations sont en effet nécessaires pour déterminer les scénarios d’utilisation possibles des communications sans fil à 60 GHz, mais aussi lors de la conception du front-end radiofréquence. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à l’impact des caractéristiques des canaux de propagation sur les performances que doivent présenter les antennes pour pouvoir assurer les liaisons sans fil. Des études ont été menées ensuite pour trouver des solutions antennaires répondant aux contraintes du 60 GHz, tout en pouvant être facilement intégrées avec des composants MMIC. Pour cela, nous nous sommes intéressées aux antennes planaires, aux antennes volumiques intégrées à un substrat planaire ainsi qu’aux antennes à dépointage
The demand for ultra-high data rate wireless communication systems is increasing daily with the emergence of a variety of multimedia applications. The availability of several unlicensed GHz bandwidths in the 60 GHz spectrum represents a great opportunity for ultra-high speed short range wireless communications. The first objective of this work was to characterize 60 GHz Indoor propagation channels. This information is crucial for deducing the appropriate usage models and for designing the front-end radio. More specifically, we examined the impact of the propagation channel's characteristics on the antenna’s needs. Studies were then carried out on different antenna’s topologies in order to find solutions which respond to the 60 GHz spécifications and which can be easily integrated with MMICs devices. We considered planar antennas, horn antennas integrated to a thin substrate and beam-steering antennas

Ce travail se divise en deux parties : la première concerne l'étude des structures périodiques planaires associées aux antennes et la seconde, les structures périodiques conformes. Même si la première partie est un sujet étudié depuis plusieurs années, cette thèse apporte une analyse nouvelle (source placée à l'intérieur de la structure, méthode basée sur la théorie des réseaux...) et de nouveaux résultats (lieux de résonance et extrema, obtention de structures avec la dualité des bandes interdites et propagées, adaptation d'une antenne insérée dans une structure périodique planaire, ouverture angulaire en fonction de la fréquence...). Les structures périodiques conformes sont par contre nouvelles. Il est fait une étude systématique de ces structures. L'application principale de la thèse est un projet RNRT dont l'objectif est de réaliser des antennes pour station de base GSM-UMTS. Une antenne utilisant une structure périodique conforme et répondant au cahier des charges, a été conçue.

La demande de nouveaux services incite les concepteurs à développer des récepteurs qui utilisent l'architecture radio-logicielle et le traitement de formation de voies en numérique. Un récepteur entièrement numérique n'est pas encore réalisable ou à des coûts excessifs. Une solution hybride associant de façon optimale l'analogique et le numérique doit être envisagée. Une méthode de conception a été développée dans ce sens et spécifie la partie analogique en prenant en compte les caractéristiques du convertisseur, de la formation de voies en numérique et du rapport signal sur bruit désiré en sortie. Une antenne planaire à rayonnement direct a été développée de façon à limiter les pertes pour la conversion d'un signal large bande qui requiert un facteur de bruit ramené à l'entrée du récepteur le plus faible possible et pour permettre une distance inférieure à /2 entre les centres de phase des éléments du réseau pour éviter les lobes de réseau dans le cas de fortes déviations du faisceau
The demand of new multimedia services encourages the manufacturers to design receivers which use radio-software architecture and beamforming. A completely digital receiver is not yet feasible, or at great cost. A hybrid solution which associates in an optimal way analog and digital areas must be considered. A designing method was developed to specify the front-end of the system by taking into account the characteristics of the analog-to-digital converter, the beamforming and the desired signal to noise ratio at the output. A direct radiation planar antenna was developed so as to reduce the losses for the conversion of the broadband signal that requires a noise figure brought down to the input of the receiver the weakest possible, and to enable a distance inferior to /2 between the centers of phase of the element of the array so as to avoid the grating lobes in the case of important deviations of the beam

Une modélisation électromagnétique basée sur une formulation par changements d'échelle a été développée et appliquée sur différents circuits planaires hyperfréquences. Cette méthode vise à s'affranchir des problèmes classiques de simulation, liés à la multiplicité des échelles mises en jeu dans une structure. Le caractère multi-échelle d'une structure est utilisé pour décomposer celle-ci en sous structures, encore appelées briques élémentaires de passage. Ces briques apparaissent comme de véritables constituants de base de n'importe quelles structures multi-échelles. Elles caractérisent le passage d'une échelle vers une autre, et sont associées à un multi-port. La prise en compte du problème global revient à mettre en cascade ces différents multi-ports. L'étude de MEMS, d'une antenne active et d'une cellule déphaseuse ont été réalisées. Les résultats obtenus, notamment en terme de temps de calcul, ont confirmé l'efficacité d'une telle approche par rapport aux méthodes classiques
An electromagnetic modeling based on a Scale changing technique formulation has been developed and applied to various microwave planar circuits. This method aims at bypass traditional problems of simulation, related to the multiplicity of scales present in a structure. The multiscale nature of a structure is used to break up this one into sub-structures, still called building blocs of transition. These blocs seem true basic components of any multiscale structure. They characterize the transition of a scale towards another, and are associated with an N-port network. Taking into account the entire problem corresponds to the cascading of these different N-port. The study of MEMS, an active antenna and a phase-shifters cell was carried out. The results obtained, in particular in term of computing time, have confirmed the effectiveness of such an approach compared to the traditional methods

L'objectif de cette thèse est de trouver la forme optimale d'une antenne planaire ou d'un réseau d'antennes planaires à partir de contraintes imposées (diagramme de rayonnement, gain ou directivité) ou de reconstruire la forme à partir de mesures expérimentales. L'algorithme d'optimisation développé est basé sur une méthode de type gradient et la reconstruction des contours par une méthode d'ensembles de niveaux (Level Sets) ou "contours actifs". Le problème direct est résolu en utilisant une formulation intégrale du problème électromagnétique et une méthode d'éléments finis pour la discrétisation. Le gradient de forme est calculé en utilisant deux méthodes différentes. Tout d'abord, une méthode par différences finies basée sur la dérivée à un nœud du maillage, pour une modification infinitésimale des éléments triangulaires du contour, suivant la direction de la normale extérieure. La deuxième méthode est basée sur le gradient topologique pour le calcul de la déformation des contours. Une méthode d'ensembles de niveaux avec bande étroite a été développée pour faire évoluer le contour des antennes utilisant la vitesse de déformation calculée à partir du gradient de forme. Différentes configurations d'antennes et réseaux d'antennes planaires ont été utilisées pour étudier les performances de l'algorithme d'optimisation. Des techniques de type saut de fréquence et multifréquence ont été utilisées pour optimiser la forme dans une bande de fréquence. L'optimisation de forme pour la miniaturisation d'antennes planaires concerne de nombreuses applications, en particulier, pour les réseaux réflecteurs
The objective of this thesis work is to find the optimal shape of planar antenna elements and arrays from imposed constraints (e.g. desired or imposed radiation patterns, gain or directivity) or to reconstruct the shape from experimental measurements. The optimization algorithm is based on the gradient-type method and an active contour reconstruction by means of the Level Set method. The forward problem is solved using an integral formulation of the EM problem with finite element discretization. The shape gradient is computed using two different methods: one is finite differential method based on nodal point mesh derivation with an infinitesimal modification of the triangular elements on the contour along the outward normal direction, another the topological shape gradient, which is computed based on a topological deformation on a contour. A narrow band level set method has been developed to evolve the contour of antennas and arrays using the deformation velocity computed from the shape gradient. Different configurations of antennas and antenna arrays are studied for investigating the performance of the optimization algorithm. Frequency hopping and multi-frequency techniques have been used for optimizing the shape within a frequency band. Shape optimization for planar antenna miniaturization has a large number of applications, particularly, for reflectarrays

Cette thèse est une contribution au développement d’émetteurs-récepteurs monolithiques en bande millimétrique pour réseau de capteurs sans fils. Le déploiement des réseaux de capteurs sans fils autonomes de courte portée s’oriente vers l’intelligence ambiante, modifiant la façon dont nous interagissant avec notre environnement. L’internet des objets se démocratise rapidement, avec une augmentation sans précédent des objets connectés. Ces noeuds, de plus en plus nombreux, doivent être le plus discrets et autonomes, tout en ayant des caractéristiques et performances toujours meilleures. La densification des réseaux de nœuds autonomes amplifie de surcroit les problématiques d’interférences et de multi-trajets. Le développement de capteurs en bandes millimétriques doit permettre de réduire la taille des noeuds. Notamment en réduisant les dimensions de la partie antennaire qui constitue généralement le facteur limitant l’intégration d’un système. Cette intégration sera accompagnée de solutions permettant la réduction de la consommation des capteurs. Ainsi, nous avons conçu des antennes, basées sur le principe de rayonnement des lignes à fentes progressives permettant de réduire les contraintes habituelles de conception des antennes. Les antennes sont réalisables sur des substrats de permittivité élevée et de taille réduite, et directement intégrables en technologie MMIC. Nous avons également effectuée une caractérisation expérimentale d’amplificateurs et une étude poussée de la stabilité des circuits amplificateurs en bande G. Notamment en utilisation la méthode NDF. Ceci nous a permis de concevoir un amplificateur faible bruit dont les grilles peuvent être commandées par des impulsions courte permettant la conception d’un système émetteur/récepteur très faible consommation adapté à une utilisation au sein de réseaux de capteurs autonomes sans-fils
This thesis is a contribution to the development of transceivers for monolithic millimeter-wave wireless sensors networks. The deployment of short-range and autonomous wireless sensors networks tends towards ambient intelligence, changing the way we interact with our environment. The Internet of Things is democratizing rapidly with an unprecedented increase of connected objects. These nodes must and should become more discrete and independent, while still improving their features and performance. Moreover, the increase in nodes number constituting those networks amplifies well-known issues as interferences and indoor multipath problems. The development of sensors using millimeter-wave communications (D-band and G-band) should allow smaller nodes by reducing the antennas dimensions since the antenna is usually the technological lock in system integration. This integration will be accompanied by solutions for reducing node’s consumption. Thus, we have designed antennas, based on slot-line to reduce the usual constraints of antenna design. The antennas are well on substrates of high permittivity and small dimensions, with MMIC compatible technology. The experimental results are well consistent with the 3D electromagnetic simulation. We have also performed an experimental characterization of amplifiers and extensive study of amplifier’s stability in G-band. This study was performed using NDF method. This has allowed us to design a low noise amplifier that can be controlled by short pulses in order to realize a very low power tranceiver suitable for autonomous wireless networks-sensors

Ces travaux de recherches s'inscrivent dans le cadre du projet COMMINDOR, qui porte sur l'étude de communications millimétriques courte portée à 60 GHz. L'antenne étant un élément-clé dans ces systèmes, plusieurs filières technologiques sont examinées pour mettre en évidence les qualités et les faiblesses propres à chacune d'elles, en terme de performances, d'intégration et de coût. Une technologie de circuit imprimé est mise en oeuvre pour la réalisation d'antennes planaires à bas coût sur un substrat duroi͏̈d. Pour remédier à la faible bande passante et au rayonnement parasite de la ligne, un nouveau mode d'alimentation par guide d'ondes est développé, conférant à l'antenne une adaptation large bande avec peu de pertes. Grâce à une modélisation électromagnétique globale, des antennes actives intégrées sont également conçues dans une filière MMIC et caractérisées sous pointes. Après le report de la puce et l'intégration à proximité des éléments de découplage, le bénéfice du concept actif sur le gain d'antenne et la bande passante est validé lors des mesures de rayonnement.

Ce mémoire est consacré à l’étude d’une antenne BIE à hauteur de résonateur réduite, pouvant atteindre des grandeurs inférieures au dixième de la longueur d’onde. Celle-ci est appelée antenne BIE Ultra Low-Profile (ou ULP). L’objet de cette thèse a donc été d’appréhender les limitations et d’étudier les potentialités de cet aérien en termes de formation de faisceaux, de bande passante et de polarisation. Les travaux menés ont abouti à la conception de trois prototypes d’antenne BIE ULP. Le premier est un dispositif large bande (71%), grand gain (17 dB) conçu dans le cadre d’une application de forte puissance. Les deux derniers sont des prototypes BIE ULP en polarisation circulaire gauche pour l’un et à bipolarisation circulaire (gauche et droite) pour l’autre
This thesis is devoted to the study of EBG antenna with reduced resonator height, expected to reach dimensions less than tenth of the wavelength. The antenna is called Ultra low profile EBG antenna. Therefore the purpose of the thesis is understanding the limitations and exploring the potential of the antenna in terms of beam shaping, bandwidth and polarization. The works led to the development of three ULP EBG antenna prototypes. The first is a broadband device (71%), high gain (17 dB) developed as part of a high power application. The last two are EBG ULP prototypes designed to deliver left circular polarization for the first one and bi-circular polarization for the second

Une grande partie des travaux de cette thèse a été guidée par les réflexions mené au sein du groupe de travail " Antennes Réseaux Très Large Bande " du GDR Ondes. Il s'agit de concevoir des antennes réseaux planaires de faible épaisseur (sur plan de masse) très large bande passante. Pour ces travaux la bande de fréquence choisie est celle allouée par la Federal Communications Commission (3.1-10.6GHz). Une première phase de ce travail a consisté à définir le facteur de réseau dans les domaines fréquentiel et temporel. Puis la métrologie particulière pour déterminer les caractéristiques radioélectriques des antennes ULB a été décrite et mise en place grâce à l'installation de deux bancs de mesure : l'un dans le domaine temporel et l'autre dans le domaine fréquentiel. Une antenne planaire originale présentant un diagramme de rayonnement hémisphérique a été conçue. Il s'agit d'une fente rectangulaire dans un plan de masse alimentée par ligne microruban terminée par un stub carré centré dans la largeur de l'ouverture. Une cavité métallique remplie d'air dont les dimensions sont identiques à celles de l'ouverture est soudée du coté du plan de masse. Les performances de l'élément proposé (gain, réponse impulsionnelle, facteur de fidélité, etc...) ont pu alors être mesurées et comparées à celle d'autres éléments. Enfin ce travail a aboutit à la réalisation de deux antennes réseaux planaires à fort gain utilisables dans les systèmes de communication à haut débit et en régime impulsionnel.

Depuis le lancement systèmes des communications d'ultra large bande (ULB) en courtes distances les facteurs comme la miniaturisation d'appareil et haut débit créer des grands défis pour les concepteurs d'antennes. Une façon de faire le travail de conception facile est du modéliser statistiquement la variabilité de comportement de rayonnement de l'antenne en fonction de sa géométrie. Tel effort est également utile pour la meilleure utilisation du canal de communication si on combine le modèle d'antenne avec ça. Cette thèse est une tentative vers la modélisation statistique des antennes ULB. Le sujet est confronté à deux défis majeurs, la création de la population statistiques considérable d'une classe(s) d'antenne et la modélisation du diagramme de rayonnement de l'antenne qui est composé de grand nombre de paramètres complexes. Dans cette thèse, nous essayons de répondre le premier en proposant une approche de conception générique pour les antennes planaires ULB et le second en présentant l'utilisation de technique l'ultra-compressé de modélisation paramétrique. L'approche de conception générique est basé sur des formes trapézoïdales et offre une grande flexibilité et polyvalence dans la conception des antennes ULB diverses. Cette approche montre une facilité importante dans l'optimisation d'antennes (également pour la création de la population), car elle réduit le nombre de paramètres qui contrôle la géométrie de l'antenne, sans compromettre le degré de liberté. Ultra-compressé modélisation paramétrique est basée sur deux méthodes de synthèse d'antenne, la méthode d'expansion singularité (SEM) et sphériques méthode d'expansion de mode (SMEM) qui permettent de réduire le nombre de paramètres complexes requis pour le diagramme de rayonnement de 99,9%, permettant à l'effort de modélisation possibles. Un modèle statistique de l'antenne biconique basé sur cette technique a été présenté
Since the inception of short range Ultra Wideband (UWB) communication systems the factors like device miniaturization and high speed data rate create big challenges for antenna designers. One way to make the design job easy is to statistically model the variabilities of antenna radiation behavior as a function of its geometry. Such an effort is also useful for the better usage of the communication channel by combining the antenna model with it. This thesis is an attempt towards statistical modeling of UWB antennas. The subject faces two main challenges, the creation of sizeable statistical population of the class of antenna design(s) and modeling of antenna's radiation pattern which is composed of huge number of complex parameters. In this thesis we try to answer the former by proposing a generic design approach for UWB planar antennas and the latter by presenting the use of ultra-compressed parametric modeling technique. The generic design approach is based on trapezoidal shapes and offers great flexibility and versatility in designing various UWB antennas. This approach shows a significant ease in antenna optimization (also for population creation) as it reduces the no. Of parameters that controls the antenna geometry without compromising the degree of freedom. Ultra-compressed parametric modeling is based on two antenna synthesis methods, singularity expansion method (SEM) and Spherical mode expansion method (SMEM) that reduce the required no. Of complex parameters for the radiation pattern by 99. 9%, making the modeling effort possible. A statistical model of biconical antenna based on ultra-compressed modeling technique has been presented

Depuis le lancement systèmes des communications d'ultra large bande (ULB) en courtes distances les facteurs comme la miniaturisation d'appareil et haut débit créer des grands défis pour les concepteurs d'antennes. Une façon de faire le travail de conception facile est du modéliser statistiquement la variabilité de comportement de rayonnement de l'antenne en fonction de sa géométrie. Tel effort est également utile pour la meilleure utilisation du canal de communication si on combine le modèle d'antenne avec ça. Cette thèse est une tentative vers la modélisation statistique des antennes ULB. Le sujet est confronté à deux défis majeurs, la création de la population statistiques considérable d'une classe(s) d'antenne et la modélisation du diagramme de rayonnement de l'antenne qui est composé de grand nombre de paramètres complexes. Dans cette thèse, nous essayons de répondre le premier en proposant une approche de conception générique pour les antennes planaires ULB et le second en présentant l'utilisation de technique l'ultra-compressé de modélisation paramétrique. L'approche de conception générique est basé sur des formes trapézoïdales et offre une grande flexibilité et polyvalence dans la conception des antennes ULB diverses. Cette approche montre une facilité importante dans l'optimisation d'antennes (également pour la création de la population), car elle réduit le nombre de paramètres qui contrôle la géométrie de l'antenne, sans compromettre le degré de liberté. Ultra-compressé modélisation paramétrique est basée sur deux méthodes de synthèse d'antenne, la méthode d'expansion singularité (SEM) et sphériques méthode d'expansion de mode (SMEM) qui permettent de réduire le nombre de paramètres complexes requis pour le diagramme de rayonnement de 99,9%, permettant à l'effort de modélisation possibles. Un modèle statistique de l'antenne biconique basé sur cette technique a été présenté

Ce mémoire est consacré à l'élaboration, au développement et aux applications de la Méthode des Sources Fictives dans le cas d'objets tri-dimensionnels placés dans des milieux stratifiés. Un effort important a été consacré au développement d'un algorithme de calcul rapide de la fonction de Green 3D des milieux stratifiés. Dans le cadre d'applications à la plasmonique en particulier, où la modélisation est délicate à cause des variations spatiales des champs très rapides, notre méthode s'est avérée très efficace.
Afin de concevoir et d'optimiser des antennes planes et compactes dans le cadre d'applications pour satellites, nous utilisons la méthode des éléments finis. Nous optimisons des structures métalliques constituées d'une cavité fermée par une grille périodique, pour obtenir des antennes compactes, ayant une efficacité de surface très élevée, et pouvant supporter de fortes puissances. Ce type d'antenne est destiné à servir d'élément de base pour les antennes réseau à rayonnement direct (DRA, Direct Radiating Array), ou comme source d'alimentation pour des réflecteurs.

La recherche menée durant cette thèse a comme objectif de développer un système de positionnement latéral d’un véhicule sur sa voie de circulation afin d’alerter le conducteur en cas de sortie involontaire de sa voie ou de fournir à un système de conduite autonome la position latérale du véhicule. Le système développé est basé sur une interaction de type hyperfréquence entre un module d’émission-réception embarqué dans le véhicule et des transpondeurs passifs intégrés dans la chaussée entre chaque voies de circulation. Ce système fonctionne dans la bande UHF. Les transpondeurs passifs contiennent chacun une antenne connectée à deux résonateurs à onde acoustique de surface ayant des coefficients de qualité élevés à leur fréquence de résonance. Chaque transpondeur reçoit l’onde émise par le module hyperfréquence puis la réémet en lui ajoutant une signature spécifique venant des résonateurs. Le module hyperfréquence embarqué dans le véhicule contient des antennes d’émission et de réception ainsi qu’une chaine de transmission et d’acquisition. Il fonctionne autour des deux fréquences centrales des résonateurs. Un algorithme de traitement du signal reçu permet de déterminer la distance latérale entre le véhicule et les transpondeurs en utilisant les déphasages d’arrivé du signal du transpondeur après l’avoir extrait du signal global reçu. Le système a été expérimenté en milieu extérieur et il présente une erreur d’estimation de la distance latérale d’environ 4cm
The research carried out during this thesis aims to develop a lateral positioning system of a vehicle on its lane in order to alert the driver in case of an unintentional lane departure or to provide the lateral position of the vehicle for an autonomous driving system. The system developed is based on a hyperfrequency interaction between a transceiver module embedded in the vehicle and passive transponders integrated in the road. This system operates in the UHF band. Each passive transponder contains an antenna connected to two surface acoustic wave resonators that have a high quality coefficient at their resonant frequency. Each transponder receives the waves emitted by the hyperfrequency module and then retransmits it by adding a specific signature due to the resonators. The hyperfrequency module embedded in the vehicle contains transmitting and receiving antennas as well as a transmission and acquisition chain. It operates around the two center frequencies of the resonators. A received signal processing algorithm was devemoped to determine the lateral distance between the vehicle and the transponders by using the phase of the transponder signal after having extracted it from the received global signal. The system has been tested in an external environment and has an estimated lateral distance error of 4 cm

La recherche menée durant cette thèse a comme objectif de développer un système de positionnement latéral d’un véhicule sur sa voie de circulation afin d’alerter le conducteur en cas de sortie involontaire de sa voie ou de fournir à un système de conduite autonome la position latérale du véhicule. Le système développé est basé sur une interaction de type hyperfréquence entre un module d’émission-réception embarqué dans le véhicule et des transpondeurs passifs intégrés dans la chaussée entre chaque voies de circulation. Ce système fonctionne dans la bande UHF. Les transpondeurs passifs contiennent chacun une antenne connectée à deux résonateurs à onde acoustique de surface ayant des coefficients de qualité élevés à leur fréquence de résonance. Chaque transpondeur reçoit l’onde émise par le module hyperfréquence puis la réémet en lui ajoutant une signature spécifique venant des résonateurs. Le module hyperfréquence embarqué dans le véhicule contient des antennes d’émission et de réception ainsi qu’une chaine de transmission et d’acquisition. Il fonctionne autour des deux fréquences centrales des résonateurs. Un algorithme de traitement du signal reçu permet de déterminer la distance latérale entre le véhicule et les transpondeurs en utilisant les déphasages d’arrivé du signal du transpondeur après l’avoir extrait du signal global reçu. Le système a été expérimenté en milieu extérieur et il présente une erreur d’estimation de la distance latérale d’environ 4cm
The research carried out during this thesis aims to develop a lateral positioning system of a vehicle on its lane in order to alert the driver in case of an unintentional lane departure or to provide the lateral position of the vehicle for an autonomous driving system. The system developed is based on a hyperfrequency interaction between a transceiver module embedded in the vehicle and passive transponders integrated in the road. This system operates in the UHF band. Each passive transponder contains an antenna connected to two surface acoustic wave resonators that have a high quality coefficient at their resonant frequency. Each transponder receives the waves emitted by the hyperfrequency module and then retransmits it by adding a specific signature due to the resonators. The hyperfrequency module embedded in the vehicle contains transmitting and receiving antennas as well as a transmission and acquisition chain. It operates around the two center frequencies of the resonators. A received signal processing algorithm was devemoped to determine the lateral distance between the vehicle and the transponders by using the phase of the transponder signal after having extracted it from the received global signal. The system has been tested in an external environment and has an estimated lateral distance error of 4 cm

L'intégration des nouveaux éléments basés sur la physique des plasmas dans le domaine des circuits et des systèmes micro-ondes est l'objectif de ce travail. En profitant des caractéristiques électromagnétiques des plasmas et en jouant sur leur architecture, on développe des micro-commutateurs micro-ondes et d'autres circuits radio et hyperfréquences en technologies microrubans ou en guide d'onde… La simulation de la propagation des ondes électromagnétiques dans un plasma et les études de l'interaction entre un plasma et les ondes électromagnétiques nécessite la connaissance des paramètres fondamentaux du plasma comme la permittivité. C'est pour cela qu'on étudie aussi les mesures plasmas par différents techniques comme la transmission/réflexion des ondes électromagnétiques, la perturbation des cavités résonnantes, ... Un schéma électrique équivalent modélisant un micro-commutateur hyperfréquence en plasma, est obtenu grâce aux mesures des courants de décharge électrique, à la rétro-simulation et aux techniques de modélisation numérique. Un coupleur directif hybride compact est utilisé pour les mesures plasmas en assurant la protection du matériel et de l'équipement de mesure des signaux d'un plasma.

L'antenne BIE planaire est réalisée à partir de matériaux à bande interdite électromagnétique. Le filtrage spatial et fréquentiel des ondes obtenu avec ces matériaux périodiques permet de contrôler les directions privilégiées du rayonnement ainsi que la directivité de l'antenne. Les diverses potentialités qu'offre cette structure rayonnante ont permis de nombreux développements qui sont présentés dans ce mémoire. Il propose outre une technique de dimensionnement fiable, de nouvelles avancées comme le fonctionnement multifréquences et multifaisceaux. De plus, une excitation multisources associée à une technique de calcul simple a permis une augmentation significative du gain et de la bande de rayonnement. Cette antenne peu encombrante et fort gain convient à un panel d'applications variées. Les réalisations présentées confirment avec succès les différents fonctionnements proposés
Planar EBG antenna is realized from electromagnetic band gap materials. The spatial and frequency waves' filtering obtained with those materials allows controlling the radiation directions as well as the directivity of the antenna. The several potentialities which offers this radiating structure allowed numerous developments which are presented in this report. It proposes besides a reliable design technique, new improvements as multifrequency or multibeam functioning. Furthermore, an excitation with several sources combined with a simple calculation technique allowed a significant increase of the gain and the radiation bandwidth. This high gain and cumbersome antenna is convenient for a sample group of numerous applications. The presented realizations confirm successfully the various proposed functioning

L'invention de l'antenne fût à la base de la création des communications sans fil à l'orée du XXe siècle. A l'origine des objets métalliques destinés à transmettre et recevoir des ondes électromagnétiques, les antennes n'ont cessé de se complexifier pour satisfaire l'impressionnant développement des communications sans fil. C'est dans ce contexte qu'est né le concept d'antenne « wearable » il y a moins de deux décennies ouvrant un nouveau champ de recherche sur les antennes souples. C'est dans ce cadre que ce travail de thèse se consacre à la conception d’antennes souples en bande UHF.Une première étude a permis de concevoir une antenne Vivaldi antipodale [150 - 900 MHz] souple pour la Section Technique de l'Armée de Terre. Six de ces antennes sont destinées à être placées sous un ballon gonflé à l'hélium pour réceptionner des signaux RF.Une seconde étude est effectuée en collaboration avec la société Syrlinks et le CNES. L'objectif du projet est de concevoir des antennes souples pour le suivi de personnes avec le système ARGOS (401 et 466 MHz). La solution retenue est une PIFA planaire de largeur inférieure à lambda/3. Elle a l'avantage d'être fine et légère. Le matériau souple employé est un caoutchouc silicone sélectionné parmi plusieurs matériaux souples grâce à des caractérisations diélectriques. Cependant, le problème de cette antenne est qu'elle possède un rayonnement quasi-omnidirectionnel. Etant donné qu'il n'était pas envisageable d'utiliser un plan réflecteur métallique pour des raisons de dimensions, il a été décidé de concevoir un conducteur magnétique artificiel (CMA) souple. Toutefois, la conception de CMA dans le bas de la bande UHF se heurte à des difficultés de miniaturisation. Pour contourner ce problème, il a été développé deux concepts de CMA à cellules unitaires de faibles dimensions devant la longueur d'onde. La première solution utilise des capacités interdigitées et la seconde une structure double couche. Pour ces deux concepts, un modèle circuit est proposé et validé par des mesures expérimentales. Les mesures de l'association CMA - antenne montrent une bande passante suffisante pour des applications ARGOS et un rayonnement majoritairement dirigée dans la direction opposé à celle du CMA
The invention of antennas was the base of wireless communications appearance at the dawn of the twentieth century. Originally metal objects for transmitting and receiving electromagnetic waves, antennas have steadily become more complex to meet the impressive development of wireless communications. It is in this context that the concept of wearable antennas was born less than two decades ago opening a new field of research namely flexible antennas. It is in this framework that this thesis is dedicated to the design of flexible antennas for UHF band.A first study enabled the design of a flexible antipodal Vivaldi antenna [150-900 MHz] for Technical Section of the Army. Six of these antennas are intended to be placed under a balloon inflated with helium for receiving RF signals.A second study was conducted in collaboration with the company Syrlinks and CNES. The objective of the project is to design flexible antennas for tracking people with ARGOS system (401 and 466 MHz). The selected solution is a planar PIFA which width is smaller than lambda/3. This antenna has the advantage of being thin and light. The flexible material used is a silicone rubber and it was selected among several others due to some dielectric characterizations. However, the drawback of this antenna is that it has a quasi-omnidirectional radiation pattern. Since it was not possible to use a reflector metal plane due to size constraints, it was decided to design a flexible artificial magnetic conductor (AMC). However, the design of AMCs in the lower UHF band is challenged with the miniaturization difficulties. Two concepts of small size (compared to the wavelength) AMCs unit cells were developed to work around this problem. The first solution uses interdigitated capacitors and the second a double layer structure. For these two concepts, a circuit model is proposed and validated by experimental measurements. The measurement of the AMC associated antenna demonstrates a bandwidth sufficient for ARGOS applications and a radiation pattern mostly directed in the direction opposite to that of the AMC

L’électronique flexible est actuellement considérée comme une des solutions technologiques face aux contraintes géométriques, baisse de coût et aux exigences technologiques. Cette émergence devra à terme alimenter le marché des vêtements connectés ou l’électronique implantée (in-body electronics). Toutefois, la technologie flexible n’est pas à maturité et présente quelques questions qui restent à soulever comme le choix de substrats à la fois efficace, respectueux de l’environnement et à moindre coûts, la modélisation (numérique ou analytique) d’un système ou sous-système flexible, ou l’analyse des phénomènes Electromagnétiques liés à la forme géométrique non planaire. Ce manuscrit présente le mémoire de mes travaux de thèse qui s’articulent sur la modélisation de système antennaire flexible à bas coût pour objets communicants non planaires. Le premier chapitre introduit les différents paramètres comme le facteur de qualité, les efficacités, le gain ou la polarisation, permettant d’évaluer les performances d’une antenne. Par la suite, des travaux sur différentes structures antennaires, qui se distinguent par l’emploi de substrats flexibles sont présentés et discutés afin de correctement choisir la structure antennaire la plus adéquate aux systèmes flexibles. Ce chapitre se termine par la caractérisation des substrats plastiques souples communément utilisés et qui a vu notre choix s’orienter vers les substrats Kapton HN, qui présentent le meilleur compromis efficacité-coût-robustesse. Les phénomènes EM associés à l’utilisation d’une structure d’antenne patch flexible sont analysés. Des nouvelles formules pour évaluer l’efficacité de rayonnement selon des scénarios de courbures distincts sont établies. Une méthodologie permettant une approche d’analyse et de modélisation des réseaux d’antennes patch 1×2 passif et actif est développée. En dernier lieu, deux nouvelles structures d’antennes souples et performantes en termes de bande passante et efficacités de rayonnement, sont proposées, étudiées et comparées. L’influence de la courbure de ces antennes large bande ont été étudiées en fonction d’un modèle de canal de propagation indoor. L’effet combiné du canal et de la courbure sur le gain effectif moyen des antennes est analysé et discuté
Flexible electronics is currently considered as one of the technological solutions to face up to geometric constraints, lower cost and technological requirements. This emergence will ultimately drive the market for connected clothing, implanted electronics (in-body electronics). However, the flexible technology is not mature and has some issues that remain to lift as the choice of substrates both effective, environmentally friendly and at lower costs, modeling (analytic or digital) of a system or flexible subsystem, or the analysis of electromagnetic phenomena related to non-planar geometry. This manuscript presents the memory of my PhD thesis that focuses on the modeling of flexible antenna system for low-cost non-planar communicating objects. First, the different parameters such as the quality factor, antenna efficiencies, gain or bias, for evaluating the performance of an antenna are introduced. Subsequently, research work on flexible substrate based different antenna structures is presented. The main characteristics of flexible plastic substrates commonly used are addressed. The choice towards the substrates Kapton HN, as the best compromise cost-effectiveness robustness is justified. The influence of the antenna curvature constitutes the main object of the present PhD thesis. In this way, the study on the EM phenomena associated with the use of a flexible patch antenna structure is developed. Novel analytical formulas for assessing the antenna radiation efficiency in discrete curvatures scenarios are established. In addition, a methodology providing an analysis and modeling approach to passive and active 1×2 antenna arrays is presented and validated. Finally, two new structures of flexible high performance antennas in terms of bandwidth and radiation efficiencies are designed and implemented. The Kapton-based broadband structures are based on slots antenna topology with new matching adaptation technique by the use of lumped elements. The influence of the curvature on the slot antenna prototypes are analyzed and discussed

Actuellement, les fantassins de l'armée française sont équipés d'un système de radiocommunication quand ils sont en intervention sur le terrain. L'antenne utilisée pour émettre et recevoir les signaux radiofréquences (RF) est du type monopole appelée antenne fouet placée parallèlement au corps du fantassin au niveau de la clavicule gauche. Cependant, l'antenne fouet perturbe le champ de vision des fantassins surtout lorsqu'ils tournent leur tête vers la gauche. De plus, la position de l'antenne fouet gêne les fantassins gauchers lorsqu'ils sont en position de tir. Enfin, l'antenne fouet rajoute un poids supplémentaire. Il est évident alors que l'intégration de l'antenne dans les gilets militaires permet de mieux répondre aux besoins des fantassins notamment en termes d'ergonomie. Cependant une telle intégration doit aussi répondre aux besoins d'efficacité de rayonnement, de couverture spatiale et de protection du corps vis-à-vis du rayonnement de l'antenne. De plus les contraintes liées à la technologie de réalisation doivent être prises en compte. La thèse est focalisée sur la conception et la caractérisation d'antennes intégrées aux gilets militaires. Le travail de recherche s'est fait dans le cadre du projet collaboratif GIANTE, soutenu par le dispositif DGA-RAPID, associant les partenaires complémentaires : SAFRAN Sagem, le laboratoire LCIS et ARDEJE. Le travail inclue tous les développements relevant de la conception électromagnétique avec la prise en compte du corps humain et le suivi de la réalisation par impression numérique assurée par ARDEJE qui possède la technologique jet d'encre. Il concerne également la caractérisation RF (adaptation, bande passante, diagramme de rayonnement) des antennes avec un banc expérimental adapté et l'évaluation des performances globales des antennes en environnements fonctionnels (milieu dégagé, milieu urbain, forêt)
Nowadays, the infantrymen of French army are equipped with a radio communication system when they are in field action. The antenna used to transmit and receive Radiofrequency (RF) signals is a monopole antenna called as whip antenna. It is placed parallel to the infantryman's body at the left clavicle. However, the whip antenna disrupts the field of view of infantrymen particularly when they turn their head to the left. Moreover, the position of the whip antenna bothers the left-handed infantrymen when they are in fire position. Finally, the whip antenna adds an additional weight to the infantrymen. Thus, it is obvious that the integration of the antenna into the military jackets allows to better meet the needs of infantrymen particularly in terms of ergonomy. However such an integration must also meet the needs in terms of radiation efficiency, spatial coverage and protection of the body against the antenna radiation. Moreover, the constraints of realization technology must be taken into account. The thesis is focused on the design and characterization of integrated antennas into military jackets. The research work is performed within the collaborative project GIANTE, supported by the DGA-RAPID frameproject, associating complementary partners: SAFRAN Sagem, laboratory LCIS, and ARDEJE. The work includes all the electromagnetic studies required by the environmental constraints by taking account the human body. It also includes the follow-up of the realizations made by ARDEJE that masters inkjet printing technologies. The RF characterization (impedance matching, bandwidth, radiation pattern) of antennas with a suitable bench test and the evaluation of global performances of antennas in functional environments (environment free from obstructions, urban areas, forest) are also part of the thesis work

Le concept de micro capteurs RMN (nommés aussi micro-antennes ou antennes aiguilles) pourrait conduire à des outils d'analyse fiables capables d'assurer la reproductibilité de mesures en spectroscopie RMN haute résolution. Leur emploi deviendra ainsi envisageable pour des applications in vivo. A notre connaissance, aucune étude in vivo utilisant ces micro-bobines "high-tech" n’a été rapportée. Le principal avantage de ce type de dispositifs est la possibilité d’observer une micro région d'intérêt bien définie, noyée dans un grand volume. A l’inverse, le principal inconvénient est le manque de sensibilité car l’efficacité des micro-antennes actuelles souffre de plusieurs paramètres (petite valeur d'inductance par rapport à l'inductance de fils de connexion, le bruit dû au fort couplage avec l’échantillon...etc.). Notre approche initiale réalisée in vitro dans le cadre des travaux de thèse de N. Baxan (2008) (http://www.spectroscopynow.com) et de A. Kadjo (2011), ne peut être mis en œuvre in vivo sans un travail complémentaire important. C’est d’une importance capitale car dans ce cas le signal RMN est si petit qu’il est comparable au bruit thermique. Une façon "simple", mais non moins aisée, d’optimiser l’efficacité d’une antenne est une conception minutieuse et une maîtrise des paramètres géométriques conditionnant les propriétés physiques et électriques. La partie principale des "micro-antennes aiguilles" implantables est la bobine aux bornes de laquelle la tension est induite. Elle est décrite schématiquement par une résistance et une inductance dont les valeurs impactent directement et fortement sur les principaux critères de performances en RMN: le rapport signal sur bruit (SNR) et les limites de détection (LOD). La fabrication de ces micro-antennes (500x1000µm2), est réalisée à l’aide de techniques de microélectroniques fort coûteuses. La modélisation et la simulation numériques s’avèrent des outils essentiels amplement justifiés. La majeure partie de ce travail est consacré à l’optimisation de ces microantennes. Les résultats de principes physiques visant à optimiser leurs paramètres géométriques sont décrits à travers la prédiction des paramètres électriques: la self inductance, l’inductance mutuelle et les pertes additionnelles dues à l’effet de peau et de proximité. L’originalité de ce travail, à la fois théorique et expérimental réside, dans: (i) la traduction de verrous technologiques en problématiques fondamentales, (ii) Le développement d’un "Logiciel maison" qui sans avoir la prétention de rivaliser avec les logiciels commerciaux, peut s’étendre à d'autre configuration plus complexes de micro-antennes ou d'antennes RMN et cibler au mieux les besoins des "RMN’iste-Antenn-istes" tout en leur offrant un gain en temps et en coût non négligeables
The concept of NMR microsensors (named also microantennas or needle coils) could lead to reliable analysis tools able to ensure the reproducibility of high resolution spectroscopic measurements, making possible to consider their use for in vivo applications. To the best of our knowledge, no in vivo study has been done with such "high-tech micro coils". The main advantage of this device kind is the possibility to observe a well-defined micro region of interest in a large volume. On the opposite, the main drawback resides in the poor sensitivity of the device since the efficiency of presently designed microcoils suffers from several misadjustments (small inductance value of the useful wires compared to the inductance of connecting wires, strong coupling noise with sample ...etc.). Our initial approach carried out in vitro that presented in (http://www. spectroscopynow.com) and in thesis of N. Baxan (2008) and A. Kadjo (2011), cannot be realized in vivo without a very important complementary work. This is of crucial importance, because the source signals are so small as to be comparable to the thermal noise. The simplest approach to increase antennas efficiency is a careful design and accuracy of geometric parameters influencing the physical and electrical properties. The main part of the implantable "needle antenna" is the loop where the voltage is induced. It is schematically described by a resistance and inductance that modify directly and strongly the NMR performance criteria: signal to noise ratio (SNR) and the limits of detection (LOD). The design of such micro-antennas (500x1000µm2) is performed using microelectronic techniques that are very expensive. Thus modeling and numerical simulation are essential tools amply justified. The bulk of this work dedicates to the optimization of these microantennas, describes the results of the applied physical principles to improve their geometric parameters through the prediction of their electrical parameters: the self-inductance, mutual inductance and the additional losses caused by skin effect and proximity. The originality of this work is: (i) the conversion of technological point in question to fundamental issues, (ii) The development of a "homemade software" which, no pretend to compete with commercial software, can be extended to design of more complex configuration of NMR antennas or microantennas. It could also better target specific needs of designers of NMR antennas and users, providing them a time gain and a cost reduction

De nombreuses applications civiles et militaires (faisceaux hertziens, futurs réseaux mobiles, communications par satellite, radars automobiles, systèmes d’imagerie haute résolution) nécessitent des antennes à faisceau reconfigurable (dépointage de faisceau, faisceaux multiples, faisceaux formés). Les antennes à réseaux transmetteurs apparaissent comme une alternative aux réseaux phasés classiques ou aux réseaux réflecteurs pour ces applications. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la faisabilité de réseaux reconfigurables fabriqués avec des technologies standards en bande Ka (20-30 GHz). Divers cellules élémentaires utilisant des diodes p-i-n et fonctionnant en polarisation linéaire ou circulaire ont été conçues, optimisées et caractérisées. Les mesures en guide d’onde montrent des pertes minimales de 1,09 dB à 29,0 GHz et une bande passante à 3 dB de 14,7%. Une méthode de simulation hybride a été développée afin d’analyser efficacement des réseaux de grandes dimensions utilisant des rotations séquentielles d’éléments pour optimiser la qualité de polarisation et les diagrammes de rayonnement. Un réseau de 400 cellules élémentaires fonctionnant en polarisation circulaire a été réalisé et testé en chambre anéchoïque. Un dépointage électronique de ±60° et la possibilité de commuter entre les deux polarisations circulaires (droite/gauche) ont été démontrés
Several civil and military applications (hertzian beams, satellite communications, automotive radars, high resolution imaging systems) require antennas with reconfigurable beam capabilities (beam-scanning, beamshaping, multiple beam generation). Transmitarray antennas are good candidates and represent an alternative to classical phased arrays or reflect-arrays for these applications. The main objective of this thesis is to demonstrate the feasibility of reconfigurable transmitarrays fabricated with standard technologies in Ka-band (20-30 GHz). Different unit-cell designs based on p-i-n diodes have been developed to work in linear and circular polarization. Their optimization and experimental characterization have been performed. Waveguide measurements show insertion losses of 1.09 dB at 29.0 GHz with a 3-dB bandwidth of 14.7%. A hybrid simulation technique has been developed in order to analyze efficiently large transmitarrays in which the sequential rotation technique has been applied to optimize the polarization quality and the radiation patterns. A 400-elements transmitarray operating in circular polarization has been realized and tested in anechoic chamber. A beam-scanning angular coverage of ±60° and circular polarization selection (left/right) have been demonstrated

Les travaux effectués pendant cette thèse portent sur le développement d’une nouvelle méthode de calibration des antennes actives pour applications radars. La méthode de calibration, détaillée au cours de ce manuscrit, prend en compte les effets de bord et de couplage entre les éléments rayonnants du réseau, en les intégrant dans le procédé de calibration ; de plus, elle permet d’éviter les dégradations de diagramme de rayonnement qui peuvent être causés par les désadaptions lors d’un pointage et/ou d’une pondération. Le champ lointain est calculé par Matlab à partir des données du champ proche calculé par HFSS. Ensuite par rétro-propagation des données de champ lointain, on calcule l’éclairement de la surface de l’antenne. A partir d’un schéma électrique équivalent du réseau d’antennes, on optimise avec ADS les valeurs de l’éclairement afin d’obtenir le diagramme de rayonnement souhaité. Les valeurs résultantes correspondent aux constantes de calibration du réseau. Cette approche a le double avantage de permettre de traiter ensemble les informations de la partie circuit et de la partie rayonnante de l’antenne et d’obtenir les coefficients de calibration de manière automatique en respectant la réalité de l’antenne. Cette méthode peut être appliquée aux antennes réelles afin d’obtenir un diagramme de rayonnement souhaité. Le modèle numérique peut être amélioré en y intégrant les schémas électriques équivalents des circuits RF
The main goal of this thesis is to develop a new active antennas calibration method for radar application. The calibration method takes into account the edge effects and the coupling between the antenna radiating elements. Moreover, this method allows avoiding the degradations of the antenna radiation pattern caused by mismatch produced during a scanning and/or a weighting process. HFSS software is used to provide near-field electromagnetic numerical simulations. Matlab is used for far-field calculation from the near-field data; and also for the calculation of the illumination on the antenna surface by back-propagation of far-field datas. The calibration process is performed by an optimization process by means of ADS software. An equivalent schematic is built in it, in order to obtain desired radiation pattern which corresponds to the illumination on the antenna surface. The presented approach allows full simulation of RF circuits and radiation of the antenna array together and to get the calibration coefficients automatically. The model can be applied to the real antennas in order to get the desired pattern. The antenna equivalent model can be improved by adding RF schematic in it

L’objectif de la présente thèse est d’évaluer les performances des micro-antennes, en cas d’emploi en spectroscopie in vivo et de prévoir les éventuelles améliorations, tout en respectant les contraintes en termes d’encombrement et de biocompatibilité imposées par des applications cérébrales sur modèle animal. Par conséquent, dans ce travail, il fallait également évaluer la sensibilité tout en comprenant le fonctionnement particulier de ces micro-capteurs, points qui n’avaient pas encore été explorés. Ce document est organisé en cinq chapitres, le Premier est un aperçu sur la situation du sujet par rapport à l’existant et un rappel technique sur les travaux déjà effectués en matière de réalisation et en rapport avec les différents métabolites «cibles». Le Chapitre II présente les développements instrumentaux entrepris en vue de l’amélioration des conditions de détection: optimisation de l’adaptation en puissance et de l’adaptation en bruit à l’entrée du spectromètre prise aussi en considération. La difficulté du maintien du modèle dans un espace restreint est solutionnée en proposant différents montages de réglages déportés. L’introduction d’un préamplificateur à faible bruit est également étudiée et réalisée sur la micro-antenne et une antenne de surface fait maison. La question importante de la limite de détection est abordée sous un angle théorique et expérimental dans le Chapitre III. L’intérêt de cette analyse est l’évaluation des performances de la micro-antenne, on verra que cette nouvelle notion permet également de qualifier une installation de spectroscopie (capteur associé à un spectromètre pour une expérience donnée). Une étude d’amélioration apportée sur la limite de détection (LOD) par la technique de pondération sera traitée et validée sur des acquisitions spectroscopiques. Le Chapitre IV est destinée dans un première partie, à travers les modélisations, à discuter les variations de la limite de détection pour certains changements structurels (la dimension et le positionnement de la micro-bobine). Dans la deuxième partie, une mise en application de la limite de détection, à travers les expériences spectroscopiques sera présentée dans le but de comparer les performances de capteurs existants: principalement une antenne commerciale, la micro-antenne et une antenne fait maison. La question de la biocompatibilité de ces microantennes implantables est traitée dans le Chapitre V. La réalisation de cette étude a été effectuée en amont des travaux théoriques et instrumentaux et a permis leurs développements avec une démarche plus pragmatique
The objective of this thesis is to evaluate the micro-coil performance, in spectroscopy in vivo and provide any improvements, while respecting the constraints in terms of obstruction and biocompatibility imposed by applications on brain of animal models. Therefore, this work had also to assess the sensitivity understanding of these particular micro-sensors, a notion that has not yet been explored. This document is organized into five chapters: the first one is an "overview" of state of art techniques and a reminder of the work already done in terms of production and in relation to different metabolite "targets". Chapter II presents the instrumental developments undertaken to improve the detection: optimization of adaptation in power and noise matching at the spectrometer input, were also taken into account. The difficulty of maintaining the animal model in a reduced space is solved by providing different configurations of remote settings. The introduction of a low-noise preamplifier is also studied and implemented. The important question of the limit of detection is approached from a theoretical point of view in Chapter III. The interest of this analysis is to assess the performance of micro-coil, we will point out that this new concept enables to describe a spectroscopy facility (sensor associated with a spectrometer for a given experiment). A study of enhancement of the limit of detection by the apodization technique will be addressed and validated on spectroscopy acquisitions. Chapter IV is an implementation in the first part, through modelling, to discuss changes in the limit of detection for some structural changes (size and positioning of the micro-coil). In the second part, an implementation of the limit of detection through spectroscopic experiments will be presented in order to compare the performance of existing coils: a commercial coil and a micro-coil. The biocompatibility of implantable micro-coil treated in Chapter V. The completion of this study was carried out upstream of the theoretical and instrumental aspects in chapter III and IV and that helped their development with a more pragmatic approach

Ce travail de these a permis la mise au point et l'implementation d'une methode de simulation electromagnetique tridimensionnelle basee sur les differences finies dans le domaine temporel (fdtd - finite difference time domain). Le logiciel qui a ete realise sert a caracteriser des structures planaires, notamment celles utilisees dans les circuits integres monolithiques microondes (mmic - microwave monolithic integrated circuits). Le chapitre 1 presente le contexte de l'etude. Dans le chapitre 2 nous presentons en detail la methode qui est a la base de nos simulations. Il resulte qu'elle presente des avantages importants: tres bonne generalite, caracterisation large bande d'une structure apres une seule simulation, possibilite de prendre en compte a la fois des structures fermees et des structures ouvertes. Dans le chapitre 3, la methode a ete validee par l'etude d'une cavite resonante a 30 ghz, d'une ligne microruban uniforme, et d'un trou metallise sur une ligne microruban. Dans le chapitre 4, une etude complete a ete effectuee sur les structures coplanaires utilisees dans les mmic. Nous avons etudie des lignes uniformes, des discontinuites uniaxiales (court- circuit, circuit ouvert, gap, saut de largeur) et des discontinuites multiaxiales (coude angle droit, te, avec ou sans ponts a air). Une etude comparative a ete realisee entre deux solutions possibles pour la suppression du mode fentes couplees dans les mmic: le pont a air et les trous metallises. Le chapitre 5 presente l'etude des interconnexions entre des modules mmic et des modules hybrides. On a ainsi presente les variations des parametres s de l'interconnexion en fonction des parametres technologiques de celle-ci. Dans le chapitre 6, la simulation d'une antenne planaire a donne des resultats tout a fait conformes aux mesures experimentales. Les conclusions de ce travail sont presentees dans le chapitre 7

Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte actuel d’une très forte augmentation de la densité d’intégration des systèmes électroniques pour les équipements de communications, de localisation ou de surveillance. Le déploiement de ces systèmes doit aussi répondre à une demande croissante de flexibilité en termes de fréquences, de puissance ou de couverture. La flexibilité en fréquence peut être simultanée avec des dispositifs multi-bandes ou sélective par reconfiguration de la bande de fréquence. La flexibilité en puissance permet de minimiser la consommation du système et la flexibilité de couverture d’orienter le faisceau vers la cible afin d’optimiser le bilan de liaison ou au contraire se protéger d’une source de bruit. L’augmentation de l’efficacité et de la compacité passe par le regroupement de fonctions élémentaires (LNA/filtre/antenne) qui permet de réduire les étages d’interconnexion et de prendre en compte les interactions entre les différents éléments. L’objectif premier de ce projet est donc de développer une méthodologie de conception conjointe de l’antenne et des circuits associés (filtres et LNA) pour atteindre des performances (rayonnement, efficacité, etc.) optimales avec un dispositif intégré et compact
This work takesplace in the context of developingelectronic systems for communications equipment, localization or monitoringequipment with a high integration density. The deployment of these systems must also meet a growing demand for flexibility in terms of frequencies, power or coverage. The frequency flexibility can be simultaneous with multiband devices or selective by reconfiguring the frequency band. The power flexibility enables to minimize consumption of the system and the coverage flexibility to direct the beam to the target to optimize the budget link or otherwise protect a source of noise. The increase in efficiency and compactness passes through the combination of elementary functions (LNA / filter / antenna) that reduces interconnect floors and considering the interactions between the different elements. The primary objective of this project is to develop a co-design methodology of the antenna with the associated circuits (filters and LNA) to achieve optimal performances (radiation,efficiency, ...) with an integrated and compact device

Actuellement, les fantassins de l'armée française sont équipés d'un système de radiocommunication quand ils sont en intervention sur le terrain. L'antenne utilisée pour émettre et recevoir les signaux radiofréquences (RF) est du type monopole appelée antenne fouet placée parallèlement au corps du fantassin au niveau de la clavicule gauche. Cependant, l'antenne fouet perturbe le champ de vision des fantassins surtout lorsqu'ils tournent leur tête vers la gauche. De plus, la position de l'antenne fouet gêne les fantassins gauchers lorsqu'ils sont en position de tir. Enfin, l'antenne fouet rajoute un poids supplémentaire. Il est évident alors que l'intégration de l'antenne dans les gilets militaires permet de mieux répondre aux besoins des fantassins notamment en termes d'ergonomie. Cependant une telle intégration doit aussi répondre aux besoins d'efficacité de rayonnement, de couverture spatiale et de protection du corps vis-à-vis du rayonnement de l'antenne. De plus les contraintes liées à la technologie de réalisation doivent être prises en compte. La thèse est focalisée sur la conception et la caractérisation d'antennes intégrées aux gilets militaires. Le travail de recherche s'est fait dans le cadre du projet collaboratif GIANTE, soutenu par le dispositif DGA-RAPID, associant les partenaires complémentaires : SAFRAN Sagem, le laboratoire LCIS et ARDEJE. Le travail inclue tous les développements relevant de la conception électromagnétique avec la prise en compte du corps humain et le suivi de la réalisation par impression numérique assurée par ARDEJE qui possède la technologique jet d'encre. Il concerne également la caractérisation RF (adaptation, bande passante, diagramme de rayonnement) des antennes avec un banc expérimental adapté et l'évaluation des performances globales des antennes en environnements fonctionnels (milieu dégagé, milieu urbain, forêt)
Nowadays, the infantrymen of French army are equipped with a radio communication system when they are in field action. The antenna used to transmit and receive Radiofrequency (RF) signals is a monopole antenna called as whip antenna. It is placed parallel to the infantryman's body at the left clavicle. However, the whip antenna disrupts the field of view of infantrymen particularly when they turn their head to the left. Moreover, the position of the whip antenna bothers the left-handed infantrymen when they are in fire position. Finally, the whip antenna adds an additional weight to the infantrymen. Thus, it is obvious that the integration of the antenna into the military jackets allows to better meet the needs of infantrymen particularly in terms of ergonomy. However such an integration must also meet the needs in terms of radiation efficiency, spatial coverage and protection of the body against the antenna radiation. Moreover, the constraints of realization technology must be taken into account. The thesis is focused on the design and characterization of integrated antennas into military jackets. The research work is performed within the collaborative project GIANTE, supported by the DGA-RAPID frameproject, associating complementary partners: SAFRAN Sagem, laboratory LCIS, and ARDEJE. The work includes all the electromagnetic studies required by the environmental constraints by taking account the human body. It also includes the follow-up of the realizations made by ARDEJE that masters inkjet printing technologies. The RF characterization (impedance matching, bandwidth, radiation pattern) of antennas with a suitable bench test and the evaluation of global performances of antennas in functional environments (environment free from obstructions, urban areas, forest) are also part of the thesis work