L’environnement électromagnétique d’un nanoémetteur a une grande influence sur son émission. Une interface diélectrique va par exemple accélérer son émission d’un facteur appelé facteur de Purcell. L’objectif ici est d’utiliser différents types de matériaux pour améliorer cette émission. Des émetteurs seront placés de manière déterministe sur une opale métallisée à l’endroit où le champ électrique est le plus intense : à l’interstice entre les billes de l’opale recouverte d’or. Les fortes interactions avec le champ électrique vont jouer un rôle dans l’accélération de l’émission. Les structures de piliers diélectriques pourraient également avoir un rôle sur l’émission d’un nanoémetteur et ces structures sont ici confrontées à un modèle de guide d’onde cylindrique. / The electromagnetic surrounding of an emitter can really affect its emission. A dielectric interface for example can accelerate the emission by a factor called the Purcell factor. The emitters will be deposited on top of a metalized opal in the region of high intense electric field: the interstices between the beads of the metallized opal. The strong interactions with the electric field will accelerate the emission of these emitters. In the near future, nanopilars could play the same role. Here the optical response of this structure is compared with an analytical model of a cylindrical waveguide.

L'objectif de cette thèse est d'exploiter les phénomènes des ondes de fuite pour améliorer les performances des antennes classiques à ouverture pour les applications spatiales. Ici, nous considérons des configurations planaires où les ondes de fuite sont excitées entre un plan de masse et un superstrat partiellement réfléchissant. Des réseaux de petites ouvertures sur le plan de masse sont utilisés pour alimenter les antennes considérées. Les structures avec superstrat sont développées en configuration réseaux simples ou réseaux à commande de phase, considérées intéressantes en termes de flexibilité du système pour des liens satellitaires de nouvelle génération.Pour étudier efficacement ces antennes, nous avons développé un outil d'analyse basé sur une approche spectrale avec fonction de Green. Cet outil permet d'analyser les structures proposées en prenant en compte l'impact du couplage mutuel entre les éléments sur les performances de rayonnement avec une réduction du temps de calcul et d'utilisation de mémoire.L'augmentation du gain des structures à ondes de fuite peut ouvrir la voie à la réduction du nombre d'éléments des réseaux associés, et donc des commandes en amplitude et phase. Dans une configuration à ondes de fuite, chaque élément du réseau rayonne avec une ouverture équivalente plus grande, augmentant ainsi l'espacement entre les éléments sans affecter le gain global de la structure. Comme largement expliqué dans le manuscrit, les solutions à ondes de fuite représentent par conséquent un avantage majeur pour les antennes du segment utilisateur.En plus de l'amélioration du gain, la technologie à ondes de fuite peut être efficacement exploitée pour synthétiser le diagramme de rayonnement, en choisissant correctement les paramètres de conception de l'antenne. Cette caractéristique peut être utilisée dans les réseaux à commande de phase, pour produire un diagramme d'élément qui minimise les pertes par dépointage et qui filtre les lobes de réseaux. Une procédure de synthèse pour des antennes réseaux raréfiés à ondes de fuite est ainsi présentée dans le manuscrit, ainsi qu'une nouvelle configuration de réseaux avec superstrat irrégulier. Ce dernier permet de réduire les lobes secondaires de l'antenne en utilisant une excitation uniforme. Cette dernière configuration montre clairement que la capacité de modifier le diagramme de rayonnement est la caractéristique la plus attrayante des antennes planaires à ondes de fuite, pour être utilisée dans des solutions de réseaux à commande de phase. / The objective of this thesis is to exploit the leaky-wave phenomena to enhance the performance of classical aperture antennas for space applications. Here, we consider planar configurations where the leaky modes are excited between a ground plane and a partially reflective superstrate. Arrangements of small apertures opening on the ground plane are used to feed the antennas under study. The superstrate-like leaky-wave structures are developed in array or phased array configurations, considered of interest in terms of flexibility of the system for next generation satellite links. In order to efficiently study planar leaky-wave arrays, we have developed an analysis tool based on a Green's function spectral approach. The developed tool allows to precisely analyze the proposed structure by taking into account the impact of the mutual coupling among the elements on the radiation performance of the whole antenna. In addition, it can handle extremely large structures in terms of wavelengths with a small computational effort with respect to commercial tools. In particular, the gain enhancement of leaky-based structures can pave the way to the reduction of the number of elements of the associated phased arrays. In a leaky-wave configuration each element of the array will radiate with a larger equivalent aperture allowing a larger spacing among elements without affecting the final gain of the whole structure. This aspect is particularly important in the case of phased arrays, where phase shifters and control cells are, typically, the most expensive components of the system. As extensively explained in the manuscript, antennas for user segment might find the highest benefit by using leaky-wave solutions. Besides the gain enhancement, the leaky-wave technology can be effectively exploited to conveniently shape the radiation pattern by properly engineering the design parameters of the antenna. This capability can be used in phased arrays to generate a convenient element pattern to minimize the scan losses and filter the grating lobes appearing in the visible space when dealing with periodicities larger than a wavelength. Therefore, a synthesis procedure for thinned leaky-wave arrays is presented in the manuscript. Also, a novel array configuration, the irregular superstrate array, is presented. The irregular superstrate allows the reduction of the side lobes of the antenna below -20 dB in the considered 2.5 % band, using a uniform excitation. This last configuration clearly shows that the shaping capability of leaky-wave antennas is the most appealing feature to be used in phased array solutions.

Cette thèse présente de nouveaux développements pour de petites antennes en cavité. L'objectif principal de la thèse est l'analyse de la performance de la bande passante de ces antennes pour des tailles d'ouverture qui sont petites par rapport à la longueur d'onde en espace libre. Des cavités de formes rectangulaires et circulaires intégrées dans un plan de masse infini et dans des plans de masse de dimensions latérales finies sont examinées en détail. Jusqu'à présent, dans la littérature, le choix pour ces antennes en cavités portait sur des antennes imprimées microruban (patch). L'objet de la thèse est de déterminer si les performances d'antennes en cavité de petite taille peuvent être améliorées et si oui, de quelle façon. A cet effet, nous avons tout d'abord étudié théoriquement, la limite supérieure de la bande passante pour cette configuration particulière en cavité. Nous en avons conclu que les antennes microruban intégrées dans une cavité n'atteignent pas la limite de la bande passante, ce qui est l'un des principaux résultats de la thèse. Les antennes intégrées dans une cavité avec un plan de masse infini ou fini sont ensuite analysées à l'aide de plusieurs modèles de ligne de transmission simples. Le deuxième résultat clé de la thèse un modèle de ligne de transmission spécifique et original qui montre que cette limite sur la bande passante est réellement atteignable. Par conséquent, ce modèle de ligne de transmission devient la base d'une nouvelle conception pour l'antenne en cavité. Enfin, le résultat le plus important de la thèse est la conception concrète de nouvelles antennes en cavité capables d'atteindre la performance maximale en bande passante. D'autres sujets sont abordés sont: i) la comparaison avec des structures à base d'éléments empilés en termes de bande passante, de facilité de fabrication et de coût, ii) l'extension de la limite grâce à l'inclusion de matériaux magnétiques idéaux et conducteurs magnétiques; iii) l'utilisation de la nouvelle structure d'antenne pour la constitution d'un réseau d'antennes compact; iv) les avantages de la nouvelle structure pour la réalisation d'antennes en cavité de tailles vraiment petites pour lesquelles les méthodes classiques ne permettent pas la réalisation d'antennes. / This thesis presents new developments in cavity type antennas. The main objective of the thesis is bandwidth performance analysis of antennas in cavities with aperture sizes which are small compared to the free space wavelength. Cavities of rectangular and circular shapes in an infinite and finite ground plane are investigated in detail. So far in the literature, microstrip patch antennas were the antenna of choice for cavity type antennas. The intention of the thesis is to determine if cavity type antennas can be improved and how. To this end, the bound on bandwidth for cavity antennas is investigated theoretically. It is concluded that patch antennas, in fact, do not reach the bound for cavity antennas, which is one of the key results of the thesis. Infinite and finite sized ground plane cavity antennas are further analyzed using several simple transmission line models. The second key result of the thesis is a demonstration that a special transmission line model corresponds to antennas that reach the bound on bandwidth. This transmission line model is the basis to a new cavity antenna design. Finally, the most important result is a practical, physical, design of novel cavity antennas capable of reaching the bandwidth bound. Furthermore, several additional topics are explored; i) A comparison with stacked patches design in terms of bandwidth, ease of fabrication, and cost; ii) The extension of the bound with the inclusion of ideal magnetic materials and magnetic conductors; iii) The new antenna design use in constructing a compact antenna array; iv) The benefits of the new design for constructing small cavity antennas previously not feasible with the classical design.

Les études présentées dans cette thèse font l’objet d’un travail innovant concernant la conception des antennes pour les réseaux de type BAN et la modélisation des canaux associés. L’ouvrage de thèse est réparti en quatre chapitres. Deux chapitres sont consacrés à la modélisation de la propagation le long du corps où l’on montre que les formulations analytiques d’ondes de surface et d’ondes rampantes sont applicables dans ce contexte. L’effet des tissus adipeux est également pris en compte par le biais d’un modèle à trois couches (peau, graisse et muscle) et renseigne sur la variabilité du bilan de liaison suivant les personnes. Ce type de modélisation est le premier à inclure les formes du corps, les caractéristiques électriques des tissus biologiques et les caractéristiques de rayonnement des antennes. Une méthode basée sur l’autocorrélation du canal est également présentée afin de connaître les temps de cohérences des évanouissements lents et rapides. Par la suite, il est montré comment les évanouissements lents sont extraits par le biais d’un filtrage FFT fonction du temps de cohérence associé. L’étude des canaux se termine sur une série de mesures en chambre anéchoïde qui a permis de vérifier la validité des modèles analytiques. Des mesures en milieu indoor ont abouti à la proposition de plusieurs modèles statistiques basés sur une loi de Nakagami-m fonction de la distance sur le corps. Deux autres chapitres sont consacrés à la conception d’antennes à proximité de tissus biologiques et devant être intégrées dans des biocapteurs ou des vêtements. Pour cela, nous nous sommes particulièrement intéressés aux structures en F-inversé comme les IFA imprimées et les PIFA. Nous avons également réalisé des monopôles courts ayant un comportement de type magnétique. Nous montrons par le biais de simulations et de mesures sur un fantôme que seules les antennes du type monopôle et PIFA permettent une bonne excitation des ondes de surface. On montre par la suite l’influence du facteur de qualité d’une antenne sur son rendement et l’on en conclue qu’une antenne doit présenter un facteur de qualité faible pour avoir un bon rendement. La désensibilisation d’une antenne face au corps est également présentée. L’emploi de feuilles de ferrites aide à concentrer le champ réactif et limite ainsi les inévitables désadaptations dues au corps. Le coefficient de qualité joue également un rôle important dans le comportement de l’antenne face aux variabilités des tissus biologiques. L’estimation du rendement est un autre point difficile à réaliser lorsque les antennes sont sur le corps. Malgré tout nous proposons une nouvelle méthode que nous vérifions par simulation. Finalement, une structure à diversité est également proposée. Cette dernière tient compte des connaissances acquises au long de ce travail de recherche. Une sélection des meilleurs types d’antennes du point de vu canal et rendement est réalisée. La structure choisie est composée d’une PIFA et d’un monopôle court découplés par le biais de fentes λ/4. Des mesures in situ en milieu indoor donnent un gain en diversité maximum de 8.1 dB pour un schéma de type sélection / BAN antennas conception and channel modelling

De nos jours, la croissance du trafic d’informations entraine un développement technologique spectaculaire dans le domaine des télécommunications, qu'il s'agisse de réseau cellulaire, télévision, satellite, WIFI ou autres applications. Cette révolution a engendré d'énormes besoins et suscite une évolution technologique prodigieuse dans le domaine de la conception des antennes. Ces dernières se doivent de répondre aux différentes exigences, telles que la diminution de l’encombrement et des interférences électromagnétiques, la robustesse à l’environnement proche, l'augmentation du gain, l'élargissement de la bande passante, l’intelligence, etc. Les travaux menés dans cette thèse s’orientent surtout vers la conception de nouvelles topologies d’antennes simples, à faible encombrement, intelligentes, insensibles à l’environnement, large et ultra large bande… Notre intérêt s’est porté sur les antennes à résonateurs diélectriques (ARD). Dans le domaine de l’internet des objets, nous avons conçu et réalisé une antenne filtre, à base d’une jonction fente-résonateur diélectrique de forme rectangulaire en vue d’une intégration dans les dispositifs dédiés à ces applications. Pour des applications liées à la télémétrie, et plus précisément les compteurs intelligents, nous avons conçu et réalisé une antenne à base d’un résonateur diélectrique de forme cylindrique. Ces antennes intégrées dans des dispositifs où les sources de perturbations sont très présentes, ont montré une grande robustesse et une insensibilité à leur proche environnement. Par ailleurs, nous avons proposé deux nouvelles topologies d’antennes larges et ultra larges bandes. La première est un anneau cylindrique, constitué de quatre quartiers avec deux permittivités différentes. Un gap d’air a été introduit séparant le résonateur en deux. Cette structure innovante, confère à notre antenne une large bande et des caractéristiques de rayonnement stables. Cette antenne a servi comme élément de base pour proposer une antenne réseau agile en diagramme de rayonnement. La seconde, est dans la continuité de la première structure pour laquelle nous avons adopté une nouvelle technique d’alimentation ainsi qu’une diminution des dimensions du plan de masse. L’antenne obtenue propose alors des caractéristiques adaptées à des applications ultra large bande. / Nowadays, the constant increase of information traffic leads to a spectacular technological development in the field of telecommunications, whether it is cellular network, television, satellite, WIFI or other applications. This revolution is creating new needs and is inspiring a phenomenal technological evolution in the field of antenna design. Modern antennas in fact must meet increasingly harder requirements in terms of compactness, electromagnetic interference reduction, robustness to environment, increased gain, broadband bandwidth, intelligence, etc. The work carried out in this thesis mainly focuses on the design of new simple antenna topologies of small size, intelligent, insensitive to environment, broad and ultra-wide band. In particular, our interest focused on antennas based on Dielectric Resonators (DRs). In the field of the Internet of Things (IoT), we designed and realized a high-Q filter antenna based on a slot loaded rectangular dielectric resonator suitable for integration in compact IoT devices. We also designed and characterized an antenna based on a cylindrical shaped dielectric resonator (CDR). This antenna, which has been proposed to be integrated in smart meter devices, where interference sources are very present, has shown a great robustness to the surrounding environment. In addition, we proposed two new broadband and ultra-wideband antenna topologies. The first one is based on a cylindrical ring resonator, divided in four quarters characterized by two different permittivities. An air gap was inserted separating the resonator in two parts. This innovative structure gives our antenna a wide band behavior and stability in terms of radiation pattern. This structure has been used in an array configuration to achieve a reconfigurable radiation pattern. Starting from this work, the second antenna achieves an ultra-wideband behavior by adopting a new feeding technique as well as a reduced ground plane.

Les sources infrarouges sont indispensables à la détection locale de gaz dans de nombreux domaines, que ce soit pour l'environnement (détection de polluants et gaz à effets de serre) ou la défense (détection de menaces biologiques et chimiques). Elles sont également nécessaires en tant que mires de calibration pour le développement de caméras multispectrales infrarouges. Pour toutes ces applications, il est nécessaire de disposer de sources performantes, capables d'émettre un rayonnement spécifique dans une direction donnée. L'objectif de cette thèse est de concevoir des sources thermiques infrarouges compactes et à coût modéré, à spectre accordable et à pertes réduites, pouvant être juxtaposées dans un même dispositif. Pour cela, ces travaux s'organisent autour de deux axes. Le premier concerne l'étude de nouveaux matériaux nanostructurés résonants, appelés métamatériaux ou métasurfaces selon les directions de la structuration, permettant de contrôler l'émissivité spectrale et spatiale afin de maîtriser la réponse spectrale en tout point. Cette étude repose à la fois sur des simulations numériques et sur des mesures expérimentales et démontre le potentiel de ces résonateurs pour la conception de sources thermiques accordables. Cependant, ces matériaux étant composés de métal, ils présentent des pertes par absorption dans l'infrarouge qui limitent leurs performances. Le deuxième axe de recherche est alors de gérer les pertes liées à l'utilisation de métaux grâce à une ingénierie des champs dans des métamatériaux, menant à des émissions spectralement très fines. Les résultats obtenus sur ce contrôle des pertes ouvrent de nombreuses perspectives pour tout le domaine des métamatériaux. / Infrared sources are essential for local gas detection for civil applications (detection of pollutant and greenhouse gas) or military applications (detection of chemical and biological threats). They are also used as calibration targets for the development of multispectral infrared cameras. For these applications, the sources must be efficient and able to emit a specific light in a given direction. The aim of this thesis is to develop infrared thermal emitters with the following features: low cost with a compact volume, with a tunable spectral response and low losses, able to be juxtaposed on the same device. This work begins with the study of new resonant nanostructured materials, called metamaterials or metasurfaces according to the direction of the structuration, that spectrally and spatially control the emitted light up to the wavelength scale. This study relies on numerical simulations and experimental measurements and demonstrates the potential of these resonators as tunable thermal sources. However, due to the use of metals in these materials, their performance is limited by metal losses. The second study of this work is then to deal with these losses thanks to a field engineering in metamaterials, leading to very narrow spectral responses. The results on this loss control open up promising breakthroughs in the plasmonic and metamaterials field

Un système de communication fiable dans un environnement confiné, en particulier les mines souterraines, peut largement accroître la sécurité et la production. Actuellement, les réseaux de communication sans fil en milieu confiné offrent un débit maximal de 1 Gbits/s. Toutefois, la disponibilité de systèmes offrants des débits de l'ordre de 2 à 10 Gbits/s deviendra dans un proche avenir, une nécessité compte-tenu de l'introduction des systèmes 4G avancés et les technologies 5G qui pointent à l’horizon. L’utilisation de fréquences élevées, particulièrement en bandes millimétriques, telle que la bande ISM à 60 GHz offrant 7 GHz de bande passante, est l'une des voies les plus directes et les plus simples pour atteindre un débit souhaitable entre 2-10 Gbits/s. Il est bien connu toutefois que les signaux à 60 GHz se propagent de façon erratique dans les endroits où se trouvent de nombreux obstacles, les composantes réfléchies et diffractées étant considérablement atténuées. Le type de polarisation de l'antenne d'émission et de réception est l'un des critères affectant la qualité de réception du signal, en plus des pertes additionnelles liées à l'absorption par l'oxygène dans l’air et les pertes de propagation associées au parcours. Pour palier partiellement à ces problèmes, les antennes doivent être directionnelles à polarisation circulaire avec un gain élevé et une large bande passante. Ce travail présente une nouvelle approche pour améliorer les propriétés de rayonnement des antennes BIE (Bande Interdite Électromagnétique) en utilisant une combinaison entre les antennes à résonateurs diélectriques DRA (Dielectric Resonator Antenna) et les superstrats métamatériaux pour profiter des avantages individuels de chacun d’eux. L’objectif est de concevoir, étudier analytiquement, numériquement et expérimentalement de nouvelles structures performantes de type BIE et de caractériser leur potentiel en termes de la bande passante, du gain, de l’efficacité et de la polarisation pour un fonctionnement optimal autour de 60 GHz, conformément aux exigences d’un canal minier. Initialement, une antenne émettrice originale BIE fonctionnant à 60 GHz, caractérisée par un gain élevé et une polarisation circulaire à large bande est proposée. Cette antenne est constituée d’un résonateur diélectrique en forme de croix (XDRA) et elle est utilisée comme une source d’alimentation pour générer la polarisation circulaire avec une couche supérieure de type FSS (surface sélective en fréquence) pour améliorer le gain et la bande passante de la source d’excitation. Ensuite, une nouvelle approche analytique pour calculer les propriétés de rayonnement des antennes BIE est développée. Pour satisfaire aux exigences des ondes millimétriques en termes de gain, on présente une autre antenne hybride basée sur la combinaison de la théorie des réseaux et la notion des antennes BIE monosource. Cette nouvelle structure multisources permet d’atteindre une amélioration de gain de 3.5 dB par rapport à l’antenne monosource mais, la bande passante de ces structures reste encore incompatible avec de nombreuses applications à 60 GHz. Pour remédier au problème de la bande passante limitée, une nouvelle approche hybride est subséquemment introduite. Cette technique est basée sur l’excitation de la structure BIE par des antennes à résonateur diélectrique multi segments et, ensuite, le concept du superstrat métamatériau est introduit pour améliorer le produit gain- bande passante. Finalement, pour rendre la communication plus flexible soit que les antennes peuvent être utilisées simultanément en tant qu’émetteur et récepteur, une structure BIE unique à polarisation configurable est conçue. La structure est composée d'une excitation sous la forme d'une antenne à résonateur diélectrique pyramidal DRA recouvert avec un superstrat FSS. Ce dispositif est capable de basculer entre la polarisation circulaire et linéaire par une simple rotation mécanique du résonateur diélectrique de 45 degrés. L'avantage de cette structure réside dans le fait que les propriétés de la bande passante, du gain, de l’efficacité et de la forme des diagrammes de rayonnement sont maintenues stables lors de la commutation entre les deux configurations de polarisation circulaire et linéaire. / A reliable communication system in confined areas, in particular underground mines, can largely increase safety and production output. Today’s, wireless data rates in confined environments are limited to a maximum of about 1 Gbits/s. The demand for wireless 2 to 10 Gbits/s data rate systems will , however, become a necessity due to the introduction of advanced 4G technologies and the foreseeable implementation of 5G. The potential use of millimeter wave communication systems, such as ISM 60 GHz band, which offers 7 GHz of bandwidth, is one of the most direct and easiest ways to achieve such high data rate of 2–10 Gbits/s. It is well known that 60 GHz signals propagate erratically through in environments with many obstructions, since both the reflected and diffracted waves are significantly attenuated. The polarization of the transmitting and receiving antennas is one of the important parameter to take into account, along with additional losses due to oxygen absorption and propagation path loss in assessing received signal quality. These situations limit the communication achievable distance link and overcoming of these disadvantages requires circular polarization directive antennas with a high gain and broadband capability. This work presents a novel approach to improve the radiation properties of Electromagnetic Band Gap antennas (EBG) using a combination between dielectric resonator and metamaterial superstrate to take advantage of the individual benefits of each of them. The aim is to design, study analytically, numerically and experimentally new performant EBG structures and characterize their potential in terms of bandwidth, gain, efficiency and polarization for an optimum performance around 60 GHz fulfilling the requirements of a mining environment. Initially, an original transmitting 60 GHz antenna with high gain, broadband, circularly polarized Electromagnetic Band Gap (EBG) antenna is presented. The designed antenna is configured with a superstrate based on a frequency selective surface (FSS) placed in front of a Cross Dielectric Resonator (XDRA), installed into a ground plane, which acts as an excitation source. Then, a new analytical approach is developed to derive the radiation properties of the proposed EBG antenna. To satisfy millimeter wave requirements in terms of gain, another hybrid antenna based on the combination of superstrate structures and array technology has been developed. This new multi-source structure has achieved a gain improvement of 3.5 compared to the monosource antenna. However, the bandwidth of these structures remains incompatible with many applications at 60 GHz. To overcome the problem of the limited bandwidth, a new hybrid approach is introduced. This technique is based, on the excitation of the structure by a multilayer cylindrical dielectric resonator antenna, and then, the concept of metamaterial superstrate is introduced for enhancing the gain-bandwidth product. Finally, to make communication more flexible so that the antennas can be used for transmission and reception simultaneously, a new reconfigurable polarisation EBG antenna is designed. The structure is composed of an exciting pyramidal DRA source covered with FSS superstrate. The device can switch between circular and linear polarization by a simple mechanical rotation of the pyramidal DRA by 45°. The advantage of this structure resides in the fact that it maintain stable bandwidth gain, efficiency and radiation properties when switching between the two configurations of circular and linear polarization.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Ce mémoire de maîtrise porte sur l’obtention d’une preuve de concept d’antenne textile capable de transmettre des données pertinentes, telles qu’un électrocardiogramme. Les antennes ont été fabriquées à l’aide de méthodes de métallisation chimique. En particulier, la déposition d’argent et de cuivre par réduction chimique ainsi que l’électrodéposition de cuivre ont été utilisés afin de métalliser des capillaires de différents matériaux. Ces capillaires ont été configurés en antennes filaires pour obtenir un dipôle demi-onde et une antenne boucle. Un travail parallèle a été fait pour développer l’antenne à fuite «Leaky CoaXial cable» (LCX) qui consiste en un câble coaxial dont la gaine métallique extérieure est ouverte en « fenêtres » afin de laisser fuir les champs électromagnétiques. Il existe de nombreuses applications potentielles aux antennes textiles, comme par exemple la localisation par Global Positioning System (GPS) de personnes kidnappées, la surveillance médicale à distance ou encore la transmission de données biométriques pour un entraînement physique de pointe. Pour démontrer la viabilité d’applications biométriques, nous avons décidé d’amplifier un signal cardiaque et de le transmettre via la bande de fréquence Industrielle, Scientifique et Médicale (ISM) à 2.45 GHZ aussi utilisée pour le Wi-Fi. / This master’s thesis treats the obtention of a proof of concept of a textile antenna able to transmit pertinent data such as electrocardiograms. Those antennas were fabricated using methods of chemical metalization. Particularly, the chemical reduction of silver and copper and the electrodeposition of copper was used to metallize capillaries made of different materials. These capillaries have been configured as filar antennas to obtain half-wave dipoles and loop antennas. A parallel work was done to develop the leaky feeder known as «Leaky Coax» (LCX) that consist in a coaxial cable of which the outer metallic layer is opened in windows to let the electromagnetic field leak out. There exist numerous potential applications to textile antennas, for example : clothesintegrated Global Positioning System (GPS) setups for the localization of kidnapped people, remote medical surveillance, or transmission of biometric data for cutting-edge sportive training. To demonstrate the viability of biometric applications, we decided to amplify a cardiac signal and to transmit it via the 2.4GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) frequency band that is also used for Wi-Fi networks.

L'essor récent des communications Ultra Large Bande a nécessité des antennes spécialement adaptées à cette technologie. Cette thèse explicite les besoins en éléments rayonnants caractérisés ainsi que les contraintes spécifiques liées à la conception d'antennes pour ces systèmes. Un état de l'art des antennes large bande valide le choix d'une base d'étude. L'optimisation d'une antenne papillon précède la présentation d'une nouvelle structure imprimée. Cette géométrie d'antenne alimentée par guide d'onde coplanaire lui confère une adaptation d'impédance à 50 Ω, un rayonnement omnidirectionnel, ainsi qu'un encombrement et un coût limités. L'insertion d'une ouverture triangulaire ainsi que de fentes capacitives au sein du triangle rayonnant améliore l'adaptation, élargit la bande passante et réduit l'encombrement. Un second travail a consisté à obtenir un rayonnement moins directif en adoptant des formes de plans de masse latéraux appropriés. Les résultats simulés ont été validés par quatre réalisations. L'effet combiné des améliorations permet à l'antenne finale de présenter une réduction de taille de 70 %. Enfin, une antenne imprimée elliptique alimentée par CPW est étudiée et réalisée. Des mesures temporelles ont été nécessaires afin de caractériser les antennes. Le mode opératoire et les traitements appliqués sont décrits et validés. Les fonctions de transfert des antennes en émission et réception sont séparées. Leur caractérisation dans différentes directions de propagation permet de présenter les déformations subies par une impulsion référence lors de son rayonnement par les antennes. Leur dispersion a ainsi pu être comparée selon la direction et l'antenne utilisée.

Les dimensions d’une antenne sont inversement proportionnelles à leurs fréquences de fonctionnement. De plus, la miniaturisation d’une antenne entraîne la dégradation de ses performances électriques et de rayonnement. Par conséquent, il est important pour le concepteur de trouver un bon compromis entre le taux de miniaturisation et les performances souhaitées. L’objet de cette thèse est de proposer une antenne miniature possédant les meilleures caractéristiques possibles dans la bande UHF de la RFID (860MHz – 960MHz), facile à réaliser et à moindre coût d’industrialisation. Les travaux de cette thèse ont montré qu’un couplage magnétique d’une cellule de métamatériaux avec une demi-boucle permet d’obtenir des structures antennaires intéressantes de par leurs dimensions de l’ordre de λ0/10, leur efficacité et leur fonctionnement en multibande. Différentes techniques sont appliquées pour améliorer les performances des antennes développées à savoir le gain, la directivité et la polarisation circulaire et/ou elliptique. / Antenna dimensions are inversely proportional to their operating frequencies. Besides, the antenna miniaturization degrades its electrical and radiation performances. Therefore it is important for the antenna designer to find a good compromise between the miniaturization rate and the desired performances. The purpose of this thesis is to obtain a miniature antenna which has good characteristics in the UHF band of RFID (860MHz - 960MHz), easy to implement and with low industrialization cost. The works described in this thesis showed that a magnetic coupling of a metamaterial cell with a half loop provides interesting antennas in terms of dimensions of about λ0/10, efficiency and multiband behavior. Different techniques are applied to improve the performances of realized antennas as gain, directivity and circular and/or elliptical polarization.