La généralisation des nouvelles applications des communications sans fil nécessitera dans un avenir proche des communications très haut débit qui avoisineront 1Gb/s. Une des solutions proposées pour répondre à cette demande est basée sur l’utilisation de réseaux d’antennes à l’émission et à la réception connue sous la terminologie Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). Plus récemment, les techniques ultra large bande (ULB) ont connu un regain d’intérêt grâce aux débits très élevés qu’offre sa grande bande passante et les faibles puissances d’émission mises en jeux. Si on envisage l’association de ces deux techniques au sein même d’un système, il est nécessaire, lors de l’optimisation de la chaîne de communication, de connaître au préalable les caractéristiques du canal radio. L’objectif de cette thèse porte sur la caractérisation expérimentale multidimensionnelle (MD) du canal radio pour des communications en milieux confinés. L’intérieur des bâtiments et le tunnel ferroviaire seront deux exemples traités dans cette étude. Précisons que la demande de haut débit en tunnel ferroviaire concerne les communications multimédia pour des applications de vidéo surveillance et de contrôle commande. Les travaux originaux menés au cours de cette thèse ont porté sur :- Le développement d’un sondeur de canal MIMO large bande permettant une caractérisation directe dans le domaine temporel. - La caractérisation (MD) en polarisation croisée du canal de propagation à l’intérieur d’un bâtiment et en tunnel. - l’analyse phénoménologique de la technique de retournement temporel et des diversités de polarisation, fréquentielle et d’espace appliquées aux communications en tunnel. / Recent and future wireless applications require large data rates. Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems were proposed as one solution to achieve higher spectral efficiency. More recently Ultra-Wideband (UWB) systems, have gained interest owing its extremely high data rates. However, precise knowledge of the radio channel is an essential issue to design the global system and, thus to reach such improvement in the performances of wireless communications. This thesis is mainly focused on the experimental characterization of the radio channel for systems with large bandwidth and MIMO. In general, most of the research on MIMO and UWB are performed in indoor environments. However, there are other scenarios where reliable communications are also needed, for example, in tunnels. In this special environment, there is an increasing necessity of developing and implementing control/command equipment, in order to develop safe and efficient trains and infrastructures. Thus, the objectives pursued in this thesis are:- Improve an existing frequency-domain MIMO channel sounder to achieve more enhanced capabilities.- Develop a wideband time-domain MIMO channel sounder in order to perform measurements directly in the time-domain.- Characterize the MIMO-UWB radio channel in office environment by means of measurements carried out in the underground level of the Universidad Politécnica de Cartagena. Multi dimensional channel parameters have been deduced from numerous measurement campaigns.- Study the propagation in tunnels and give physical interpretation of the performances of space, frequency and polarization diversity, and of time reversal techniques.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το θέμα των έξυπνων κεραιών. Οι έξυπνες κεραίες αποτελούν μια τεχνολογία αιχμής στον κόσμο των κινητών και προσωπικών τηλεπικοινωνιών. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για τις έξυπνες κεραίες και επιχειρείται να εξηγηθεί ποιο κενό καλύπτουν και πως. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη θεωρία κεραιών, η οποία είναι απαραίτητη για να κατανοήσουμε την λειτουργία των έξυπνων κεραιών. Δίνεται έμφαση στη θεωρία των στοιχειοκεραιών. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται σύντομη αναφορά στη θεωρία της κινητής τηλεφωνίας. Η αναφορά αυτή κρίνεται σκόπιμη καθώς σε αυτό το τομέα μελετούμε την εφαρμογή της τεχνολογίας των έξυπνων κεραιών. Έπειτα στο τέταρτο κεφάλαιο εμβαθύνουμε θεωρητικά και μελετούμε θέματα πάνω στις έξυπνες κεραίες. Πως ένα απλό σύστημα κεραιών γίνεται εν τέλει «έξυπνο». Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στους αλγόριθμους εκείνους κρίσιμους για την λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος. Στο πέμπτο και στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε την προσομοίωση που έγινε στα πλαίσια της εργασίας. Ειδικότερα στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε μια μελέτη πάνω στις συστοιχίες κεραιών για να αποφανθούμε ποια συστοιχία θα μπορούσε να λειτουργήσει σ ένα σύστημα έξυπνων κεραιών. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια προσομοίωση ενός πολύ απλού έξυπνου συστήματος και γίνεται μια απλή επίδειξη για το πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει. Ολόκληρος ο κώδικας που χρησιμοποιήθηκε δίνεται στο παράρτημα. / This thesis deals with the subject of smart antennas. Smart antennas are a cutting edge technology in the field of mobile and personal telecommunications. In the first chapter we give introductory information about smart antennas and we attempt to answer why this technology is vital to the progress of telecommunication technology. In the second chapter we analyze antenna theory and emphasize on antenna arrays. This analysis is needed to understand the basics of smart antenna operation. In the third chapter we make a brief reference on mobile communications theory to understand why an advancement is needed on the field. In the fourth chapter we delve deeper into theoretical analysis of smart antennas. We make an attempt to understand what makes this system “smart” and emphasize on the algorithms that are the basis of this system. In the fifth and sixth chapters, we present the simulation that took place for this thesis. At first, we make a thorough analysis on antenna arrays and determine which array configuration could work with a smart antenna system. Lastly, in the sixth chapter we present a simple simulation with the algorithms mentioned above showing how such a system could work. The code used for the two simulations is given at the end of this thesis.

Οι ασύρµατες τοπολογίες εσωτερικού χώρου (Indoor propagation topologies) είναι πιο σύνθετες από τη φύση τους και απαιτούν µια πιο λεπτοµερή µαθηµατική περιγραφή, δεδοµένου ότι οι διαστάσεις των διαφόρων εµποδίων που παρεµβάλλονται µε το εκπεµπόµενο σήµα είναι συγκρίσιµες µε το µήκος κύµατος του σήµατος. Επιπλέον, οι µηχανισµοί διάδοσης (ανάκλαση-reflection, σκέδαση- scattering, περίθλαση-diffraction) έχουν ακόµα µεγαλύτερη επιρροή σε ένα εσωτερικό περιβάλλον όπου οι παράµετροι καναλιού είναι πολύ ευαίσθητοι και εξαρτώνται άµεσα µε τα ενδογενή χαρακτηριστικά της τοπολογίας. Ως αποτέλεσµα, στα µοντέλα εσωτερικού χώρου, πρέπει να λαµβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες που συµβάλλουν στην παρεµπόδιση και εξασθένηση του σήµατος. Το µοντέλο εσωτερικών χώρων απώλειας διαδροµής της ITU (ITU indoor path loss model) κατατάσσει τους εσωτερικούς χώρους σε τρεις κύριες 7 κατηγορίες: Σπίτι, Γραφείο και Εµπορικές τοπολογίες. Η σπουδαιότητα που έχουν τα χαρακτηριστικά της τοπολογίας, όταν λαµβάνονται υπόψη στην επίδραση του ασύρµατου καναλιού, γίνεται εµφανής όταν εξετάζουµε τα Wi-Fi/WLAN συστήµατα. Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον για µοντελοποίηση των απωλειών όδευσης έχει αυξηθεί σηµαντικά για τη συχνότητα 2,4 GHz, λόγω του γεγονότος ότι αυτή είναι η συχνότητα που λειτουργούν οι σύγχρονοι Wi-fi routers και άλλα ασύρµατα ηλεκτρονικά συστήµατα. Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι να παρουσιάσει µια µελέτη περίπτωσης µιας εµπορικής εσωτερική τοπολογία διάδοσης, τη ∆ηµόσια Βιβλιοθήκη του Πανεπιστηµίου Πατρών, καθώς και µιας ιδιωτικής οικίας και την επικύρωση της αξιοπιστίας των εσωτερικών µοντέλων RF. / Models for indoor propagation prediction at 2.4GHz frequency.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια μελέτη τυπωμένων κεραιών ευκλείδειας, αλλά και φράκταλ, κυρίως, γεωμετρίας, για ασύρματες τερματικές συσκευές. Συγκεκριμένα μελετώνται για πρώτη φορά η φράκταλ καμπύλη του Hilbert, του Peano καθώς και η ευκλείδεια γεωμετρία σχήματος Μαιάνδρου, ως γεωμετρία για κεραία σε μια τυπωμένη διάταξη, τέτοια ώστε να χρησιμοποιείται το επίπεδο γείωσης των ασύρματων συσκευών σαν ένα τμήμα του ακτινοβολούμενου συστήματος. Στα πλαίσια της διπλωματικής εξετάζεται η ικανότητα σμίκρυνσης και παραγωγής πολυσυχνοτικής συμπεριφοράς των παραπάνω γεωμετριών, αν χρησιμοποιηθούν ως κεραίες, καθώς και τα χαρακτηριστικά εμπέδησης και ακτινοβολίας τους. Επιπλέον διερευνάται ο ρόλος του επιπέδου γείωσης στην ακτινοβολία του συστήματος, η κατανομή του ρεύματος στα διάφορα μέρη της διάταξης καθώς και η μεταβολή των διαγραμμάτων ακτινοβολίας των κεραιών καθώς αλλάζει η συχνότητα συντονισμού της κάθε κεραίας. Επίσης εξετάζεται ο αριθμός των μπαντών που συντονίζεται η κάθε κεραία ,το κατά πόσο τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας και εμπέδησης παραμένουν αμετάβλητα σε κάθε μπάντα, αλλά και αν η κάθε μπάντα χρησιμοποιείται από διάφορες εφαρμογές, όπως η κινητή τηλεφωνία η τα ασύρματα δίκτυα. Στη συνέχεια οι διατάξεις που μελετώνται συγκρίνονται μεταξύ τους και προτείνονται αυτές που υπερέχουν σε κάθε περίπτωση. Τέλος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα αλλά και μελλοντικές κατευθύνσεις. Επιπλέον, όσον αφορά το θεωρητικό μέρος της διπλωματικής, παρουσιάζεται συνοπτικά η έννοια της φράκταλ γεωμετρίας και γιατί αυτή προτείνεται ως γεωμετρία για κεραία. Αναφέρονται τα βασικότερα στοιχεία της θεωρίας μικρών κεραιών και συνοψίζονται οι σημαντικότερες δημοσιεύσεις πάνω στις κεραίες Hilbert και Peano. Οι μελέτες αφορούν διάφορα μεγέθη κεραιών σε διάφορες μπάντες λειτουργίας και σε διαφορετικές διατάξεις, δίνοντας μια σαφή εικόνα για την ικανότητα σμίκρυνσης των κεραιών αυτών ,την λειτουργία τους ως ακτινοβολητές αλλά κυρίως για το εάν και πόσο υπερέχουν έναντι απλών ευκλείδειων διατάξεων. / -

Σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η μελέτη, σχεδίαση και εξομοίωση κεραιών σχισμής τα χαρακτηριστικά των οποίων τις καθιστούν κατάλληλες για φορητές τερματικές συσκευές. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά σε βασικές έννοιες της θεωρίας κεραιών, στις ηλεκτρικά μικρές κεραίες αλλά και στην αρχή του Babinet. Στόχος αυτού του κεφαλαίου είναι να συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση του περιεχομένου των επόμενων κεφαλαίων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθενται κάποιες από τις πιο ευρέως διαδεδομένες υπάρχουσες γεωμετρίες κεραιών σχισμής, οι οποίες κατηγοριοποιούνται κυρίως ως προς το εύρος του φάσματος λειτουργίας τους. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται μια βασική κεραία σχισμής, η κεραία ορθογώνιας σχισμής με τροφοδοσία συνεπίπεδου κυματοδηγού αλλά και μια πολύ ενδιαφέρουσα παραλλαγή της η οποία περιλαμβάνει ένα ζεύγος ορθογώνιων παρασιτικών στοιχείων. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετώνται οι κεραίες σχισμής μονής ζώνης λειτουργίας. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης παρουσιάζονται συγκριτικά τα αποτελέσματα από τη σχεδίαση και εξομοίωση μιας κεραίας ζεύγους σχισμών σχήματος δακτυλίου και σχήματος κύκλου αντίστοιχα. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετώνται οι κεραίες σχισμής διπλής ζώνης λειτουργίας. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν και εξομοιώθηκαν μια κεραία ζεύγους σχισμών σχήματος μονόπολου και μια κεραία σχισμής σχήματος βρόχου. Το περιεχόμενο του έκτου κεφαλαίου είναι η ανάλυση της συμπεριφοράς των κεραιών σχισμής ευρυζωνικής λειτουργίας. Αυτό επιτυγχάνεται μέσα από την μελέτη μιας κεραίας ρομβοειδούς σχισμής με ζεύγος μεταλλικών παρασιτικών στοιχειών, μια κεραία τοξοτής σχισμής καθώς και μια κεραία τριγωνικής σχισμής με ζεύγος τροφοδοσίας. Στο έβδομο κεφάλαιο μελετώνται οι υπερευρυζωνικές κεραίες σχισμής. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν και εξομοιώθηκαν μια κεραία ελλειπτικής σχισμής με τροφοδοσία συνεπίπεδου κυματοδηγού και μια κεραίας ελλειπτικής σχισμής με στέλεχος προσαρμογής σχήματος U. Το όγδοο κεφάλαιο που έχει ως στόχο την μελέτη των κεραιών σχισμής που χρησιμοποιούνται σε χιλιοστομετρικές εφαρμογές περιλαμβάνει τα αποτελέσματα της σχεδίασης και εξομοίωσης μιας κεραίας κυκλικής σχισμής με τροφοδοσία μικροταινιακής γραμμής μεταφοράς. Τέλος στο ένατο κεφάλαιο γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων και παρατίθενται συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική ενασχόληση στην περιοχή των κεραιών σχισμής. / This diploma thesis includes the analysis, design and simulation of slot antennas for portable terminal devices. In this thesis is presented a variety of slot antennas including single and dual band slot antennas, wideband and ultra wideband antennas as well as slot antennas for millimetre-wave applications.

Στην παρούσα διπλωματική εξετάζονται τρόποι μετάδοσης δεδομένων στο ασύρματο κανάλι διαλείψεων με χρήση μίας ή περισσότερων κεραιών στον πομπό ή και στο δέκτη. Αρχικά, παρουσιάζεται το μοντέλο του ασύρματου καναλιού. Δίνεται έμφαση στο φαινόμενο των διαλείψεων μικρής κλίμακας, καθώς και στον τρόπο με τον οποίο επηρεάζει τη μετάδοση. Στη συνέχεια, περιγράφονται τεχνικές μετάδοσης στο ασύρματο κανάλι. Πρώτα εξετάζεται η μετάδοση όταν πομπός και δέκτης διαθέτουν μία κεραία ο καθένας (SISO). Στη συνέχεια, μελετάται η μετάδοση με χρήση πολλών κεραιών στο δέκτη (SIMO) ή στον πομπό (MISO) και εισάγεται η έννοια του κέρδους ποικιλότητας (diversity gain) που προσφέρει η μετάδοση SIMO και MISO. Τέλος, παρουσιάζονται τεχνικές μετάδοσης όταν τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης διαθέτουν πολλές κεραίες (MIMO). Σε αυτήν την περίπτωση, εκτός από κέρδος ποικιλότητας δημιουργούνται και πρόσθετοι χωρικοί βαθμοί ελευθερίας. Παρουσιάζονται, επίσης, διάφορες αρχιτεκτονικές πομπού και δέκτη όπως Maximal Ratio Combining (MRC), Maximal Ratio Transmission (MRT), Singular Value Decomposition (SVD) και V-BLAST με δέκτη μέγιστης πιθανοφάνειας (ML), V-BLAST με γραμμικό δέκτη επιβολής μηδενισμών (linear ZF) και V-BLAST με γραμμικό δέκτη ελαχιστοποίησης μέσου τετραγωνικού σφάλματος (linear MMSE). Ακόμη, εισάγεται η έννοια της διαδοχικής εξάλειψης παρεμβολών (SIC) και της ταξινόμησης σε δέκτες SIC (SIC with ordering). Με χρήση προσομοιώσεων συγκρίνεται η απόδοση των τεχνικών μετάδοσης και των αρχιτεκτονικών πομποδέκτη για κανάλια επίπεδων διαλείψεων ως προς το ρυθμό μετάδοσης, την πολυπλοκότητα, τις απαιτήσεις σε γνώση του καναλιού και το ρυθμό σφάλματος συμβόλων και ψηφίων (BER/SER). / Data transmission strategies for the wireless channel are presented that employ one or more antennas at the transmitter and/or the receiver. First, a model is introduced for the wireless channel, focusing on small-scale fading and its effect on transmission. Then strategies for transmission over the wireless channel are described. The single-input single-output (SISO) case where both the transmitter and the receiver employ a single antenna is examined first. Then transmission with multiple antennas at the receiver (SIMO) or the transmitter (MISO) is studied and the concept of diversity gain, which is achieved in SIMO and MISO transmission, is introduced. Finally, transmission strategies are presented that require many antennas at both the transmitter and the receiver. In this case, new spatial degrees of freedom become available, in addition to the diversity gain. Furthermore, transceiver architectures are studied, including Maximal Ratio Combining (MRC), Maximal Ratio Transmission (MRT), Singular Value Decomposition (SVD) and Vertical Bell-Labs Layered Space-Time (V-BLAST) transmission with Maximum-Likelihood (ML) detection, V-BLAST with linear Zero Forcing (ZF) equalization, and V-BLAST with linear Minimum Mean Square Error (MMSE) equalization. The concept of Successive Interference Cancellation (SIC) is also introduced, followed by ordering in SIC detectors (SIC with ordering). Using simulations, the performance of the transmission techniques and the transceiver architectures over flat fading channels is compared with respect to the achievable data rate, the complexity, the requirements for channel state information and the Symbol- and Bit-Error Rate (SER/BER).

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ταλαντωτή εμβολής, ο οποίος θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διαιρέτης συχνοτήτων. Ο ταλαντωτής και ο διαιρέτης συχνοτήτων, αποτελούν εξέχουσας σημασίας δομικά στοιχεία των RF πομποδεκτών και τοποθετούνται κατά κύριο λόγο μέσα στο βρόχο κλειδώματος φάσης-PLL, ο οποίος επιλέγεται ως συνθέτης συχνοτήτων στα περισσότερα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Αφού μελετήσαμε τη δομή και τις κυριότερες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται στη σχεδίαση των ταλαντωτών, προχωρήσαμε στην ανάλυση της εφαρμογή της μεθόδου της εμβολής (injection locking), με σκοπό τη βελτίωση των χαρακτηριστικών της εξόδου τους και ιδιαίτερα τη μείωση του θορύβου φάσης. Επίσης, περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των αναλογικών και των ψηφιακών διαιρετών, ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ανάλυση της λειτουργίας των αναλογικών διαιρετών συχνότητας που βασίζονται σε ταλαντωτές εμβολής και είναι ευρύτερα γνωστοί ως injection-locked διαιρέτες συχνότητας (ILFDs). Η επιλογή για περαιτέρω μελέτη και υλοποίηση ενός Colpitts και ενός διαφορικού ταλαντωτή, βασίστηκε στα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν οι συγκεκριμένες τοπολογίες, με αποτέλεσμα την ευρεία χρήση τους σε RF εφαρμογές υψηλών συχνοτήτων. Επίσης οι ταλαντωτές εμβολής που προκύπτουν από τους ταλαντωτές αυτούς, επιδεικνύουν χαμηλή κατανάλωση ισχύος και πολύ καλή συμπεριφοράς ως προς τον θόρυβο φάσης. Ως συχνότητα λειτουργίας των προτεινόμενων κυκλωμάτων, επιλέχθηκε η πολύ σημαντική για τα ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών, συχνότητα των 5GHz. Προτείνεται και υλοποιείται λοιπόν ένας Colpitts ταλαντωτής και ο αντίστοιχος ταλαντωτής εμβολής, όπου όπως αποδεικνύεται τόσο από τις εξομοιώσεις όσο και από τα πειραματικά αποτελέσματα, μπορεί να λειτουργεί ως διαιρέτης συχνότητας δια-2 (Divide-by-2 ILFD). Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μέτρηση του υλοποιημένου ταλαντωτή εμβολής, γίνεται ακόμη αντιληπτό ότι ο θόρυβος φάσης είναι εμφανώς βελτιωμένος, όπως αναμενόταν λόγω της εφαρμογής του σήματος εμβολής. Τέλος, σχεδιάστηκε και εξομοιώθηκε ένας διαφορικός ταλαντωτής (differential oscillator), από τον οποίο με κατάλληλη τροποποίηση της τοπολογίας του, προέκυψε ένας injection-locked divide-by-2 διαιρέτης συχνότητας. Το συγκεκριμένο κύκλωμα χρησιμοποιείται ευρέως για τη λειτουργία της διαίρεσης δια-2, εξαιτίας του ότι η τοπολογία του παρέχει ένα φυσικό divide-by-2 injection σημείο. / The subject of the present diplomatic project is the design and implementation of an injection locked oscillator, which might also be used as a frequency divider. The oscillator and the frequency divider, constitute distinguished important structural elements of RF transceivers and are mostly placed into the phase-locked-loop (PLL), which is selected as frequency synthesizer in most wireless telecommunications systems. After we studied the structure and the main topologies used in the design of oscillators, we advanced in the analysis and the application of injection locking method, aiming at the improvement of characteristics of their output and particularly the reduction of phase noise. Also, the basic characteristics of analog and digital dividers are described, while particular emphasis is given in the analysis of operation of analog frequency dividers that is based on injection-locked oscillators, more widely known as injection-locked frequency dividers (ILFDs). The choice for further study and implementation of a Colpitts and differential oscillator, was based on the advantages of the particular topologies, which result in their wide use in high-frequencies RF applications. Also the injection-locked oscillators that result from these oscillators, demonstrate low power consumption and very good behavior as far the phase noise. As operation frequency for the proposed circuits, was selected the very important for the wireless telecommunications systems, frequency of 5GHz. Therefore, it is proposed and implemented a Colpitts oscillator and the corresponding injection-locked oscillator, where as it is proved by the simulations as much as by the experimental results, can function as a divide-by-2 injection-locked frequency divider. From the results that resulted from the measurement of implemented injection-locked oscillator, it becomes clear that the phase noise is obviously improved, as it was expected due to the application of the injection signal. Finally, a differential oscillator was designed and simulated, from which with suitable modification of its topology, resulted a divide-by-2 injection-locked frequency divider. This particular circuit is used widely for the operation of division by-2, because its topology provides a natural divide-by-2 injection point.

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη των ηλεκτρικά μικρών επίπεδων μαιανδρικών κεραιών που λειτουργούν στη ζώνη συχνοτήτων 2.4 GHz, καθώς και συστήματα με μαιανδρικές κεραίες πολλαπλής ζώνης συχνοτήτων (επιπλέον ζώνες ενδιαφέροντος είναι η 1.8 και η 5.2 GHz). Πρόκειται για κεραίες με μεγάλο εύρος ζώνης γύρω από τη συχνότητα συντονισμού που χρησιμοποιούνται σε κινητά τερματικά, όπως κινητά τηλέφωνα και φορητοί υπολογιστές και παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα, με κυριότερα το χαμηλό κόστος, την ευκολία κατασκευής, το μικρό τους μέγεθος και τη δυνατότητα μαζικής παραγωγής. Συστήματα κεραιών πολλαπλής ζώνης συχνοτήτων είναι επίσης μια σύγχρονη τεχνολογική απαίτηση, καθώς υπάρχει ανάγκη για διασύνδεση διαφορετικών υπηρεσιών που λειτουργούν σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων, ειδικά όσον αφορά στα ασύρματα τοπικά δίκτυα. / The purpose of this thesis is to study the behaviour of small electrical antennas formed in meander shape, which operate at the frequency of 2.4 GHz, and dual band system operating in the ISM band and the DECT band of 1.8 GHz. These types of antennas present a large bandwidth around the resonant frequency and have great benefits, such as small dimensions and great efficiency at resonance.

Οι ηλεκτρικά μικρές κεραίες χαρακτηρίζονται από εμπεδήσεις με μεγάλες αντιδράσεις και μικρή αντίσταση ακτινοβολίας. Αυτές οι αντιδράσεις λειτουργούν ως αποθήκη της ενέργειας που δίνεται στην κεραία μην επιτρέποντας της να ακτινοβολεί. Η προσαρμογή αυτών των εμπεδήσεων σε μια συγκεκριμένη τιμή αντίστασης (πχ 50 Ω) είναι πραγματική πρόκληση. Σε αυτή την εργασία θα εξετάσουμε τη δυνατότητα χρησιμοποίησης ενεργών κυκλωμάτων αρνητικής αντίστασης ώστε να «ακυρώσουμε» σε μια μεγάλη περιοχή συχνοτήτων τη χωρητική- επαγωγική συμπεριφορά μιας κεραίας, καθιστώντας έτσι το έργο της προσαρμογής πιο εύκολο. Στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζουμε εισαγωγικές έννοιες των κεραιών και της προσαρμογής. Στο δεύτερο ασχολούμαστε θεωρητικά με κυκλώματα που παράγουν στην είσοδο τους μια αρνητική εμπέδηση. Στο τρίτο και στο τέταρτο κεφάλαιο εφαρμόζουμε την παραπάνω λογική σε ένα μονόπολο και μια patch κεραία αντίστοιχα. / Electrically small antennas present impedances characterized by large reactance and small radiation resistance. These reactances act to store much of the energy input to the antenna instead of allowing it to radiate. Matching these impedances to a 50-Ohm source is a real challenge. In this project we will consider the use of active negative resistance circuits in order to cancel out over o broadband the capacitive-inductive behavior of an antenna, making the task of matching easier. In the first chapter we consider introductory concepts of antennas and matching. In the second chapter we theoretically deal with circuits that produce a negative impedance at their input. In the third and fourth chapter we apply the previous concepts to a monopole and a patch antenna respectively.

Ce mémoire présente une méthodologie de conception d’antennes Ultra Large Bande volumiques à ondes progressives, d’encombrement réduit, dédiées au rayonnement d’impulsions ultra-courtes dans une bande de fréquence allant de 300 MHz à 3 GHz. L’objectif est de concilier une large bande de fréquences rayonnées et de bonnes performances de rayonnements transitoires (niveau élevé, signaux brefs) tout en limitant l’encombrement des antennes. L’insertion d’un matériau diélectrique a été associée au design des antennes ULB afin de réduire leurs dimensions. Ceci a conduit à la synthèse et à la caractérisation de matériaux diélectriques innovants à base de géopolymères, dont la maîtrise de la valeur de la permittivité est possible. Un prototype d’antenne a été réalisé, des mesures des différentes caractéristiques de rayonnement ont été effectuées et comparées aux résultats de simulation pour s’assurer du bon fonctionnement de celle-ci. Cette antenne a également été associée à des applications radar pour la détection de cibles se situant dans différents milieux (air et sol). Les réponses impulsionnelles obtenues pour les différentes scènes radar testées ont été comparées aux résultats mesurées avec d’autres antennes connues. / This thesis presents the design of small form factor Ultra Wide Band antennas with progressive waves shape, which is dedicated to ultra-short pulses radiation in a frequency band ranging from 300MHz to 3GHz. The aim is to combine a wide band of radiated frequencies and good performance while limiting the size of antennas. The insertion of a dielectric material has been associated with the design of Ultra Wide Band antennas to reduce their dimensions. This has led to the synthesis and characterization of innovative dielectric materials based on geopolymers, whose mastering of the value of the permittivity is possible. An antenna prototype has been manufactured and measurements of the different radiation characteristics were made and compared to the simulation results to ensure its good functioning. This antenna has also been associated with radar applications for the detection of targets in different environments (air and soil). The impulse responses obtained for the different tested radar scenes have been compared with the results obtained with other known antennas.