Pour faire cohabiter les nombreuses technologies radios, les terminaux mobiles nécessitent une miniaturisation de plus en plus poussée des antennes. Toutefois, les performances d'antennes ont des limites fondamentales liées à leurs dimensions physiques. La littérature met en évidence que les réseaux superdirectifs permettent de dépasser la limite de Harrington sur la directivité et que des antennes adaptées par des circuits non-Foster peuvent dépasser la limite de Bode-Fano sur la bande passante. Les contributions essentielles de ce travail de thèse consistent en la conception deréseaux d'antennes superdirectifs et d'antennes adaptées par des circuits non-Foster comme solutions possibles pour l'amélioration des performances des Antennes Electriquement Petites (AEP). Dans une première partie, un convertisseur d'impédance négative est réalisé pour obtenir des condensateurs de valeurs négatives de façon à adapter des antennes miniatures sur une large bande de fréquence. Dans la deuxième partie de ces travaux, les limites théoriques des réseaux d'antennes superdirectifs sont évaluées et une approche simple et pratique permettant la conception de ces réseaux à partir d'éléments parasites est proposée. L'intégration des AEP superdirectives sur des cartes de circuit imprimé est étudiée et les difficultés de mesure de ce type d'antenne sont évaluées. A partir de ces résultats, une nouvelle stratégie pour réaliser des réseaux compactes 3D ou planaires à polarisation linéaire ou circulaire en utilisant des éléments superdirectifs est présentée. / For supporting different wireless technologies, mobile terminals require significant miniaturization of antennas. However, antennas performance has some fundamental limits related to their physical dimensions. The available theory shows that superdirective arrays can exceed Harrington’s limit on antenna directivity and non-Foter matched antennas can surpass Bode-Fano limit on antenna bandwidth. Therefore, this work focuses on the design of superdirective antenna arrays and non-Foster matched antennas as possible solutions for improving the performance of Electrically Small Antennas (ESAs). In the first part: a Negative Impedance Converter (NIC) is designed to have a very small negative capacitor. The circuit is evaluated in terms of gain, stability and linearity. Then, the circuit is used to match several small antennas in the UHF band. In the second part: the theoretical limits of superdirective antenna arrays are studied. A simple and practical approach to design parasitic antenna arrays is proposed. The integration of superdirective ESAs in Printed Circuit Boards (PCBs) is studied and the difficulties of measuring this type of antennasare evaluated. A new strategy for the design of 3D or planar compact arrays, with linear or circular-polarization, using superdirective elements is presented.

Les antennes présentes dans la plupart des systèmes communicants comme les véhicules automobiles, les avions et les trains se multiplient et sont soumises à une contrainte d’intégration de plus en plus sévère. De nombreuses techniques de miniaturisation d’antennes existent et passent toutes par un compromis entre la taille et les performances (bande passante et/ou rendement de rayonnement). Pour les systèmes cités ci-dessus, les antennes sont souvent placées devant ou à proximité d’un réflecteur métallique (toit de véhicule, carlingue d’aéronef). Dans ce cas, l’épaisseur de système antennaire est une contrainte majeure et les métamatériaux de type Conducteur Magnétique Artificiel (CMA) ouvrent des perspectives intéressantes grâce à leurs propriétés électromagnétiques non conventionnelles. Cependant, pour les applications sub-GHz (RFID, LTE, PMR…), les CMA sont limités par les dimensions des cellules unitaires nécessaires à leur mise en œuvre (λg/4) ainsi que leur bande réduite de fonctionnement. Réduire leurs dimensions permet de rendre leur utilisation compatible avec le contexte des antennes miniatures intégrées. Ajouter l’agilité fréquentielle permet de palier le problème de la bande passante réduite dans le cas des antennes et des CMA miniaturisés en ajustant le fonctionnement du système antennaire sur une large bande passante. Cette thèse de doctorat propose d’étudier et de développer un nouveau système antennaire à faible profil composé d’une antenne miniature associée à une métasurface compacte reconfigurable en fréquence et compatible avec le standard NB-IoT dans la bande basse LTE (700 MHz – 960 MHz). / Antennas are now very integrated in several connected systems like cars, airplanes and trains. Many antenna miniaturization techniques exist and all go through a compromise between size and performance (bandwidth and/or radiation efficiency). For the systems mentioned above, the antennas are often placed near a metallic reflector (vehicle roof, aircraft cabin). Within this context, Artificial Magnetic Conductors (AMC) present an attractive reflector for low profile antennas which can take advantage of intrinsic zero reflection phase response to boost antenna performance without the need for thick quarter wave backplane. However, for sub-GHz applications (RFID, LTE, PMR ...), AMC are limited by the size of the unit cells necessary for their implementation (λg/4) as well as their reduced operating bandwidth. AMC miniaturization makes their use compatible with small antennas. Adding tunability restores the possibility of adjusting the operating frequency over a large bandwidth. This PhD thesis proposes to study and develop a new electrically small, low-profile antenna based on miniaturized and tunable AMC for the NB-IoT standard in low LTE band (700 MHz – 960 MHz).