Dès lors que des éléments rayonnants sont placés à proximité les uns des autres, comme c'est le cas au sein des antennes réseaux à balayage électronique, des interactions électromagnétiques parasites se créent entre eux. Ces couplages se manifestent par une perturbation des répartitions de courants des sources du réseau. Leur impact dépend fortement de l'angle de dépointage du réseau mais est généralement néfaste, car ils modifient les caractéristiques du rayonnement des sources. Les différents objectifs de compacité et les spécifications de performances radioélectriques visés pour les radars aéroportées peuvent conduire à des structures qui supportent et favorisent ces phénomènes de couplages parasites, sous la forme d’ondes d’espace et de surface. Ces derniers peuvent aller jusqu'à entrainer l'impossibilité pour l'antenne de rayonner dans certaines directions et à certaines fréquences d’utilisation : on parle de directions aveugles. Ce phénomène limite de manière considérable le volume de dépointage opérationnel d'un système radar. La maîtrise du couplage entre les éléments rayonnants est donc l'une des problématiques essentielles du développement et du dimensionnement d'une antenne réseau. La recherche qui traite de ce sujet n'en est plus à ses débuts (les premiers radars à balayage électronique sont exploités depuis les années 50) mais reste toujours en attente de solutions innovantes permettant de mieux comprendre et maîtriser ces phénomènes. Dans cette thèse, plusieurs méthodes permettant de minimiser les effets du couplage dans les réseaux à balayage électroniques ont été investiguées. Les travaux s'orientent notamment autour du défi de réduire les conséquences des directions aveugles sans modifier la maille initiale du réseau d'antenne (contrainte iso-maille). / When radiating elements are located close to one another, as it is the case in electronically phased array antennas, parasitic electromagnetic interferences occur between them. The impact of these coupling mechanisms depends to a large extent on the scanning angle of the array, but is usually harmful, since it alters the radiating properties and the active input impedance of the sources. The compactness objectives and radioelectric performances required for airborne radars can lead to structures that support and foster these parasitic couplings, in the form of surface or space waves. In some cases, mutual coupling can even result in the impossibility for the array to radiate in certain directions and at certain frequencies. This phenomenon, referred to as scan blindness, significantly reduces the operating scan volume of a radar system. In that respect, the control of coupling mechanisms between radiating elements is a major issue when developing an array antenna and although the research that deals with this subject is no longer in its infancy, it is always pending for new and innovating solutions to master these phenomena. In this thesis, different solutions enabling to minimize the effect of couplings in phased arrays are investigated. The presented research revolves around the challenge of limiting scan blindness consequences without modifying the initial mesh of the array antenna.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI RFID AERO dont le leader est Eurocopter. Le but de ce projet est le développement d'un système assurant la traçabilité des différentes pièces d'un aéronef. Cette thèse se focalise sur la conception d'antennes lecteur et de tags RFID UHF faible coût.Deux objectifs sont visés dans le cadre de cette thèse. Le premier est la conception d'antennes pour lecteurs RFID fonctionnant en contact ou à proximité des surfaces métalliques. Nos conceptions sont basées d'une part sur les phénomènes d'ondes constructives en plaçant une surface métallique à un quart de la longueur d'onde. D'une autre part, la conception repose sur l'utilisation de structures AMC. De plus, nous proposons une méthode de réduction de dimensions de cellules AMC. Le second objectif de la thèse est la miniaturisation de tags pour l'identification de pièces essentiellement métalliques. Nous proposons des méthodes de conception de tags miniatures durcis, non détachables ou flexibles ainsi qu'un prototype pour chacune d'entre elles.Enfin, les antennes lecteur et tags développés dans cette thèse, les lecteurs RFID et des systèmes connexes développées par d'autres partenaires ont été mis en œuvre dans un aéronef. Les tests du système complet sont satisfaisants et répond aux objectifs du projet. / This Ph.D thesis is part of the FUI RFID AERO project led by Eurocopter. The aim of this project is to provide a traceability system of the aircraft items. This work focuses on low-cost UHF RFID reader antennas and tags design.Two research axes are developed. The first one is the RFID reader antennas design for metallic surfaces. The designs are based on constructive wave phenomenon by placing a metallic plate at a quarter wavelength of the radiating element. On the other hand, the insertion of AMC structures was also studied. Furthermore, we propose a size reduction technique for AMC structures. The second goal is tag size miniaturization for metallic or non-metallic objects identification. We propose design methods of size miniaturization for hard or flexible tags. Besides, we apply these methods by designing one tag for each family.Finally, the reader antennas and tags proposed in this thesis, the RFID readers and the related systems developed by the others partners were implemented into an aircraft. Tests of the complete system are in good agreement with the expected goals.

La demande toujours croissante de connectivité et de débit de données requiert une rupture dans la conception des futurs réseaux de communication et systèmes radio. Plusieurs applications émergentes en bande millimétrique, notamment les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) et les communications satellites, exigent des antennes large bande qui assurent une grande couverture angulaire, tout en étant à la fois compactes, facilement intégrables et à bas coût.Cette thèse propose des systèmes antennaires multifaisceaux large bande et à très grande couverture angulaire, appelés «Continuous Transverse Stub Antenna» (CTS), pour réaliser un bon compromis de l’ensemble de ces objectifs. L’architecture de l’antenne comprend un réseau de fentes longues excitées par un réseau d’alimentation en chandelier, basé sur des guides d’onde à plans parallèles. Cette structure est excitée par un formateur de faisceaux quasi-optique co-intégré. La première partie du manuscrit présent des nouveaux modèles numériques qui facilitent la conception de chaque sous-système de l’antenne et permettent l’analyse des performances globales, soit en termes d’adaptation, soit en termes de diagrammes de rayonnement. Ces outils sont exploités pour la conception d’antenne et pour étudier les limites en balayage. La thèse se poursuit en présentant de nouvelles solutions technologiques et de nouveaux design pour intégrer les antennes CTS dans des modules multicouches planaires et à faible profil. La conception et la caractérisation de deux antennes intégrées en technologie LTCC pour des points d’accès 5G à 60 GHz sont discutées. L’une des deux est à faisceau fixe, l’autre est à balayage électronique, avec une couverture de ±40°, de faibles lobes secondaires et un niveau élevé de recoupement des faisceaux. Enfin, nous proposons l’association de radomes polarisants planaires à faible profil aux antennes CTS, pour réaliser des systèmes rayonnants en polarisation circulaire. Une méthodologie systématique pour la conception de polarisateurs à très large bande est présentée, ainsi qu’un design couvrant entièrement la bande Ka pour des applications satellites. / The ever-growing demand for fast and seamless connectivity shows the need of new wireless standards and technologies. Novel broadband, wide-angle scanning antennas achieving an optimal trade-off among size, gain, efficiency and costs are crucial to the development of emerging applications at millimeter waves, such as fifth-generation (5G) mobile networks and satellite communications. In this thesis, multibeam parallel-fed continuous transverse stub (CTS) array antennas are proposed as possible candidates for future mm-wave communications and are developed to tackle these requirements. The antenna architecture comprises an array of long slots, a corporate feed network based on parallel plate waveguides (PPWs) and an integrated quasi-optical beamformer. First, novel numerical models for the analysis of each subsystem and of the overall antenna, are presented, which enable an efficient and modular design of CTS antennas. These tools are exploited to derive design guidelines and assess the scanning performance. Then, novel design and technological solutions for the integration of CTS antennas in flat, low-profile multilayer modules are discussed. The design and characterization of two prototypes in LTCC technology, for 60-GHz mobile access points are presented: a fixed beam array and a switched-beam antenna with a field of view of ±40°, low SLLs and high beam overlap. Finally, planar linear-to-circular polarization converters are proposed to realize circularly polarized CTS antenna systems. A procedure to achieve an ultra-wideband, low-loss polarization conversion is outlined and a design for Ka-band satellite application is presented.

En raison des conflits maritimes qui s'étendent (piraterie, embargo,...), les besoins de communiquer et de détecter les menaces sont de plus en plus importants. Ceci conduit irrémédiablement à l'augmentation du nombre d'aériens à bord des plateformes navales. Afin de gérer au mieux cet accroissement du nombre d'antennes, qui conduit à des effets de couplage et à une augmentation de la signature radar du navire, les principales entreprises du secteur ont mis en place des structures de mâts intégrés. C'est dans un contexte d'amélioration de leur mâture intégrée compacte (Cmast™) que les Constructions Mécaniques de Normandie (CMN) de Cherbourg en collaboration avec l'IETR de Rennes et INEO Défense ont proposé cette thèse. Ces travaux ont pour objectifs le développement de deux systèmes antennaires intégrables au sein de cette mâture intégrée compacte : une antenne de communication en bande V/UHF et une antenne de radar de navigation à balayage électronique en bande X. Une première étude a permis le développement d'une antenne conique large bande (225-400MHz) dont les paramètres géométriques ont été optimisés pour assurer une communication entre les navires et des aéronefs. Un prototype de cette antenne a été réalisé et a permis une validation expérimentale de ses performances. Une seconde étude a permis le développement d'une antenne d'un radar de navigation à balayage électronique en bande X. Cette antenne est basée sur une technologie transmit-array comprenant une source illuminante et un réseau permettant la formation du diagramme. Un effort particulier a été porté sur la source illuminante qui doit éclairer, à des distances très courtes (<550mm), un réseau qui présente des dimensions particulières (1530mmx100mm). Plusieurs sources utilisant un principe de focalisation en zone champ proche ont été développées et validées expérimentalement. Enfin deux architectures d'antennes transmit-array ont été étudiées, utilisant respectivement une technologie imprimée et une technologie en guide. Le fonctionnement de l'antenne complète (source illuminante + réseau transmit-array) a été étudié théoriquement. / The need to communicate and detect potential enemies increases with the extension of maritime conflicts. This need impacts directly the number of antennas on naval platforms. However, this increase of aerials leads to several damaging effects: like coupling or high radar signature. To limit this effect, some companies have developed integrated mast design. This structure limits the coupling effect between aerials by a subdivision of the mast and provides an omnidirectional coverage for all antennas inserted inside the mast. The objective of the thesis is to design two antenna systems for the compact integrated mast (CmastTM) developed by the Constructions Mécanique de Normandie (CMN): a communication antenna in the V/UHF band and an electronically scanning antenna for a maritime navigation radar in X-band. For the communication in the V/UHF band, a broadband conical antenna has been developed (225-400MHz). This antenna provides an optimized radiation pattern to insure the communications between the ship and the aircrafts. An experimental validation has been done with a prototype. In the second study, we have developed an electronically scanning antenna for a navigation radar. This antenna is based on a transmit-array technology including an illuminating feed and an antenna which generates the appropriate radiation pattern. A large part of the study has been done on the feed, which illuminates an array with specific dimensions (1530mmx100mm). Three different near-field focusing feeds have been developed and some of them have been validated experimentally. Then, two architectures of transmit-array antennas have been studied, using two different technologies: printed technology and a mixed technology with waveguide and horn.