Afin de répondre aux besoins croissants d’équipements de communication pour les applications spatiales, il est important de réduire, le plus possible, la taille et la masse de l’équipement des satellites. Cela conduit à une réduction des coûts de lancement des satellites sur leur orbite ou laisse la possibilité d’ajouter des équipements dans la fusée. Ceci compte aussi pour les composants radioélectriques. L’objectif étant de réduire les dimensions sans pour autant détériorer les performances en rayonnement (directivité, polarisation croisée, bande monomode, etc.). Il est possible de contrôler la propagation des ondes électromagnétiques dans les antennes cornets et les guides d’onde à l’aide de surfaces anisotropes (corrugations, métamatériaux). Ainsi, contrairement à ce que prédisent les lois physiques sur la propagation et le rayonnement d’ondes électromagnétiques dans des structures classiques, les performances des structures à parois anisotropes peuvent être radicalement améliorées : pour le guide d’onde, réduction de la fréquence de coupure ; pour l’antenne cornet, amélioration de la directivité ou réduction du niveau des lobes secondaires. D’après l’état de l’art, même si les résultats de simulations et de mesures obtenus sont très prometteurs, le dimensionnement de la structure des métamatériaux est sujet à optimisation, donc gourmand en ressources informatiques. L’apport principal de cette thèse a été de développer une nouvelle méthodologie de conception s’appuyant sur une Théorie Modale Elargie (TME) analytique pour des guides d’onde à parois anisotropes. Elle permet de dimensionner très rapidement des surfaces à métamatériaux les plus adaptées aux applications requises. Un prototype de guide d’onde et un prototype d’antenne ont été conçus, fabriqués et mesurés grâce à cette méthodologie. Les résultats obtenus démontrent l’intérêt, l'efficacité et le caractère général de la méthode proposée pour la conception de dispositifs hyperfréquences guidés à parois anisotropes. / In space applications, one of the biggest challenges is to reduce the size and mass of equipment, in order to reduce the costs of the rocket launch. For RF components, this has to be done without lowering RF performance (directivity, crosspolarization, single-mode bandwidth, etc.). The challenge is all the more problematic in the case of used horn antennas and waveguides because of their relatively large size. It has been shown that the use of anisotropic surfaces (i.e. corrugations and metamaterials) on the inside walls of guided RF structure makes it possible to influence and control the way electromagnetic waves travel, enabling new devices with radically different and improved performances : for waveguides, reduction of the cuto&# 64256; frequency ; for horn antennas, improvement of the directivity or a reduction of the side lobes. A state of the art of previous work done on metamaterial horn antennas pointed out that, even if the obtained and presented results seem very promising, the procedure to obtain the optimized RF structure is very time-consuming and requires considerable computer resources. The main contribution of this PhD work was to develop a new methodology based on the analytical Modal Expansion Theory (MET) for waveguides with anisotropic walls. This methodology makes it possible to optimize very rapidly the dimensions of the metamaterial surfaces adjusted to the required application. A metamaterial waveguide and antenna prototype have been designed, realized and measured thanks to this methodology. The results obtained demonstrate the usefulness, effectiveness and general applicability of the method developed for the design of RF structures with anisotropic walls.

Afin de répondre à la demande croissante de nouveaux services, les objets que nous utilisons au quotidien (les smartphones, les voitures, les avions, etc.) tendent à intégrer de plus en plus de systèmes radio tandis que l’espace disponible pour l’intégration de ces éléments est de plus en plus réduit. Ces systèmes radio nécessitent l’utilisation de plusieurs antennes devant répondre à des critères de compacité, d’isolation, de coût, etc. À titre d’illustration, un smartphone contient plusieurs antennes pour assurer des fonctions telles que la téléphonie, la navigation, la connexion à internet par WiFi, les liaisons Bluetooth, la technologie NFC (Near-Field Communications) et ce nombre tend à s’accroitre considérablement avec l’émergence de nouveaux services. Le même phénomène se retrouve également au niveau des plateformes aéroportées où des fonctions telles que la communication, la navigation, le radar, etc. sont utilisées. Cela conduit donc à la nécessité de réduire le nombre d’antennes en regroupant par exemple plusieurs fonctions au sein d’une même et unique antenne. Dans de précédents travaux de recherches, J. Euzière a démontré la possibilité de combiner une fonction radar et une seconde fonction (ici de communication) en utilisant un réseau de 16 monopoles initialement dédié au seul radar, grâce au Time Modulated Array (TMA). De cette façon, les deux fonctions utilisaient la même fréquence et étaient alimentées par une seule source. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une solution d’antenne multifonction pour radar et communication encore plus compacte (constituée d’une seule antenne). L’idée est de partir d’une solution antennaire déjà existante et d’y apporter les modifications nécessaires à l’ajout d’une seconde fonction, sans pour autant augmenter la surface de l’antenne ni la complexité du système. / In order to respond to the increasingly demand of new services, the objects we use on a daily basis (such as mobile phones, cars, airplanes etc.), tend to integrate more and more radio systems while the space available is limited. These radio systems require the use of many antennas that must meet multiple requirements such as compactness, isolation, costs, etc. A smart-phone, for example, contains several antennas for global navigation satellite system (GNSS), WiFi, TV, FM radio, Bluetooth, near-field communications (NFC) and the number is expected to increase as new systems are added. Another example is in airborne platforms where multiple functions such as communication, navigation, radar, electronic warfare are used. This leads to the need of reducing the number of associated antennas by regrouping several radio functions into a single antenna. However, combining the functionality of several antennas into one shared radiating element while maintaining the functionality of the various radio systems presents a great challenge. During its Ph.D, J. Euzière demonstrated the possibility to combine a radar function and a secondary function from a 16-monopole array originally dedicated to radar operation by using Time Modulated Array (TMA) technique. By this way, the two functions were operating at the same frequency and the system was powered by a single source.The main objective of this thesis is to propose a more compact antenna (a single antenna) dedicated to radar and communication operations instead of using antenna array as J. Euzière did it. The idea is to start from an existing antenna solution and make the necessary modifications to add a second function without adding additional surface and complexity. As we are interested in radar applications, we will choose a directive antenna: a horn antenna. The goal is then to study the possibility to modify the radiation pattern of the horn antenna through controllable elements (slots) and to transmit a direct modulated signal at the antenna level for the communication function. Furthermore, polarization diversity is an attractive way to increase the isolation between two applications. Thus, this aspect will be taken into account in the design of the antenna solution.

Dans le cadre des communications numériques sans fil, la vitesse d’échange de données est plus que jamais une caractéristique critique du système. Une augmentation du débit est donc nécessaire pour le développement de nouvelles applications, comme le «Wireless HD» qui doit rendre possible la transmission sans fil de gros volumes de données, telles que de la vidéo «non-compressée» à haute définition, à très haut débit (1-2 Gbps). La bande de fréquence centrée à 60 GHz semble être une solution préférentielle pour répondre à un tel besoin de par sa bande de fréquence disponible (9 GHz). Pour cela, il est nécessaire de disposer de technologies performantes pour l’intégration de systèmes d’émission réception (front-ends) millimétriques pour ces communications à très haut débit. L’objectif de cette thèse est de participer à la réalisation d’un système antennaire très directif à 60 GHz par la conception combinée d’une antenne et d’un filtre, et l’intégration de cette fonction grâce à un même procédé technologique. La conception et l’intégration combinées de l’antenne et du filtre participeront à améliorer le rendement global du sous-système destiné à des applications très haut débit à 60 GHz. Cette thèse, intitulée «Conception de fonctions combinées filtre-antenne pour les communications haut débit à 60 GHz», a été réalisée au sein du laboratoire XLIM, en collaboration avec le SPCTS pour les aspects technologiques, dans le cadre d’un projet régional. / The 60 GHz unlicensed spectrum between 57 and 66 GHz has received a lot of attention over the last years for enabling short-range and over 1-Gbps high-speed wireless communications. In addition to the high-data rates that can be accomplished in this spectrum, many other benefits such as high security communications are foreseen. In general, this frequency band is destined to low power and short range fixed or mobile applications. To benefit from high-speed within a compact device, it is required to realize a subsystem combining a directional antenna and a multiplexer with the same technological process. The 3D ceramic stereo lithography process has been selected to ensure the dimensional accuracy and limit the inevitable dispersions. This thesis contributes to achieve directional antennas at 60GHz by a combined antenna design and filter, and perform this function in the same technology the 3D ceramic stereo lithography process when connecting the filter with the antenna. Therefore, the first challenge is to design and to manufacture the primary feed of the directive antenna and the channel filters using the 3D ceramic process. The second challenge is to combine the primary feed and the 4 channel filters to form a single object. The filter-antenna subsystem allows to have a directivity of approximately 14 dBi. Therefore, the radiation of the horn antenna remains unchanged over the whole frequency band [57-66]GHz by associating the manifold multiplexer. The filter-antenna subsystem provides a return loss better than 10 dB at each port.

Ma thèse concerne le développent de systèmes ultra compactes auto-alignés et à faible coût intégréssur fibre optique monomode pour la collection fibrée de la luminescence locale. Dans un premiertemps, un axicon fibré auto-aligné (AXIGRIN) est proposé permettant de fournir la première imagerierésolue ultra-compacte fibrée de quantum dots PbS infrarouges. Ensuite, la première nano-imagerie(système entièrement fibrée) de quantum dots PbS uniques est réalisée à l’aide d’une nano-antenneà ouverture bowtie intégrée sur pointe fibrée. Enfin, le concept d’≪antenne cornet≫ nano-optiqueest proposé pour le couplage direct et efficace de la luminescence excitée par rayons X à une fibreoptique, dans le but de générer les premiers capteurs et dosimètres fibrés à rayons X. / My thesis is devoted to develop ultra-compact, plug-and-play and low-cost single-mode optical fibersystems for in-fiber luminescence collection. First, a new fiber self-aligned axicon is proposed toprovide the first resolved infrared fluorescence imaging of PbS quantum dots in far field. Then,all-fiber near-field imaging of single PbS quantum dots is achieved by double resonance bowtienano-aperture antenna (BNA) with nanometer resolution. Finally, the concept of fiber nano-opticalhorn antenna is proposed for in-fiber X-ray excited luminescence out-coupling, with the purpose ofgenerating the first generation of fiber X-ray sensors and dosimeters

No description available.

Il est bien connu dans la théorie de Maxwell que le rayonnement électromagnétique (EM) d'une onde porte à la fois du moment linéaire (énergie) et du moment angulaire. Ce dernier possède deux parties: le Moment Angulaire de Spin (ou SAM) qui est également connu sous le nom de la polarisation et le Moment Angulaire Orbital (ou OAM). Le SAM ne comprend que deux états (gauche et droite) et est utilisé en télécommunications pour doubler la capacité du canal. Par contre, le moment angulaire orbital (OAM) peut en théorie, avoir un nombre infini d'états appelés les modes OAM. Par conséquent, en radiofréquences, les premières applications de l'OAM ont été proposées dans le domaine des communications sans fil. Mais, tout d'abord, il est nécessaire de développer des antennes générant de telles ondes. L'objectif de cette thèse est de concevoir des antennes pour générer des ondes ayant un OAM. Le manuscrit se décompose en trois parties. Dans la première partie, un réseau d'antennes « patches » utilisant un déphaseur original est développé et testé. Ce réseau génère une onde ayant de l'OAM. Dans la deuxième partie, une cavité Fabry-Perot (FP) est utilisée pour apporter plus de directivité à ce réseau d'antennes. Enfin, la troisième partie consiste à générer des ondes guidées possédant du moment OAM. Ces ondes ont ensuite été utilisées pour exciter des antennes en cornet et rayonner des faisceaux directifs transportant du moment angulaire orbital. / It is well known from Maxwell’s theory that electromagnetic (EM) radiation carries both linear momentum (energy) and angular momentum. The latter has two parts: Spin Angular Momentum (SAM) which corresponds to the polarization of an EM wave and Orbital Angular Momentum (OAM) which is associated with the spatial distribution of an EM wave. The SAM has only two states (left and right) and is used to double the channel capacity in telecommunications. On the other hand, the OAM can theoretically have an infinite number of states called the OAM modes. Therefore, the first applications of OAM have been proposed in wireless communications at radio frequencies. However, first of all, it is necessary to develop the antennas for generating such waves. The objective of this thesis is to design the antennas for the generation of radio waves bearing OAM. The manuscript contains three parts. In the first part, an antenna using 4 patches and an original phase shifter is developed and tested to generate an OAM wave. In the second part, a Fabry-Perot (FP) cavity is used to enhance the directivity of this antenna. The third part is to generate guided OAM waves. Some horn antennas are used to radiate these waves with good directivity.