Nous proposons d'explorer dans le cadre de la thèse des solutions originales permettant d'obtenir des caractéristiques de rayonnement peu dépendantes du support de l'antenne. Les antennes étudiées et conçues visent à être utilisées pour des applications GNSS et plus précisément pour des applications multi-bandes du GNSS. Nous les développerons donc en respectant un cahier des charges associé. Deux axes de recherche indépendants sont explorés. Le premier montre les propriétés naturelles d'une antenne composée de plusieurs structures rayonnantes. Nous associons ainsi une structure hélicoïdale équivalente à un dipôle magnétique et un plan métallique équivalent à un dipôle électrique. La taille et les performances de l'antenne ainsi réalis ée sont comparables par bien des aspects aux antennes que l'on trouve actuellement dans le commerce pour les applications GNSS. L'antenne réalisée est une antenne mono-bande en polarisation rectiligne ; ce qui n'est pas en accord avec les spécifications de l'application envisagée. Pour compléter cette première étude et satisfaire les exigences d'applications GNSS multi-bandes, nous nous orientons vers une autre technologie qui est exposé dans le second axe. Dans le second axe, nous associons une antenne électrique et un plan ré ecteur particulier : une Surface Haute Impédance. L'association de ces deux éléments permet en théorie de réduire l'épaisseur qu'aurait un dispositif classique composé d'une antenne électrique et d'un plan réflecteur métallique. Nous commençons donc par étudier la particularité du plan réflecteur choisi, c'est-à-dire la Surface Haute Impédance. Cette surface étant composé de motifs périodiques nous étudierons le motif qui permet d'obtenir les caractéristiques les plus proches de celles de l'application visée. Nous débutons par une étude en monobande suivi de l'étude d 'un motif bi-bande. Le motif mono-bande conçu en simulation présente une très bonne bande-passante (13%) au vue de sa taille minimale (2,5mm). Le motif bi-bande réalisé par imbrication de motifs mono-bande permet d'obtenir en simulation des performances conformes aux attentes dans deux bandes GNSS choisies. L'étude de cette surface se poursuit par une phase de mesure. Le but de l'étude étant de pouvoir placer une antenne au-dessus de la surface fabriquée, une collection d'antennes sera développée afin de régler la surface haute impédance et dans le même temps de tester le dispositif complet. Ainsi dans un premier temps, nous utiliserons des dipôles pour tester et régler la Surface Haute Impédance. Dans cette partie le couplage entre l'antenne et la surface haute impédance placée en-dessous sera notamment étudié. Dans un deuxième temps, afin d'obtenir une polarisation circulaire nous utiliserons d'autres antennes supportant cette polarisation (dipôle croisé et spirale). Dans chaque phase de mesure, le réglage antenne et Surface Haute Impédance sera optimisé et divers paramètres de réglage seront identifiés. Pour les deux axes de recherche, ce sont non seulement le rayonnement que nous cherchons à maîtriser mais aussi la taille de la structure. Ainsi les structures réalisées sont les plus compactes possibles surtout en terme de finesse. Nous concluons sur les performances des antennes réalisées par rapport au cahier des charges et aux autres antennes existantes et exposons les perspectives du travail réalisé.

Nous proposons d'explorer dans le cadre de la thèse des solutions originales permettant d'obtenir des caractéristiques de rayonnement peu dépendantes du support de l'antenne. Les antennes étudiées et conçues visent à être utilisées pour des applications GNSS et plus précisément pour des applications multi-bandes du GNSS. Nous les développerons donc en respectant un cahier des charges associé. Deux axes de recherche indépendants sont explorés. Le premier montre les propriétés naturelles d'une antenne composée de plusieurs structures rayonnantes. Nous associons ainsi une structure hélicoïdale équivalente à un dipôle magnétique et un plan métallique équivalent à un dipôle électrique. La taille et les performances de l'antenne ainsi réalisée sont comparables par bien des aspects aux antennes que l'on trouve actuellement dans le commerce pour les applications GNSS. L'antenne réalisée est une antenne mono-bande en polarisation rectiligne ; ce qui n'est pas en accord avec les spécifications de l'application envisagée. Pour compléter cette première étude et satisfaire les exigences d'applications GNSS multi-bandes, nous nous orientons vers une autre technologie qui est exposé dans le second axe. Dans le second axe, nous associons une antenne électrique et un plan réflecteur particulier : une Surface Haute Impédance. L'association de ces deux éléments permet en théorie de réduire l'épaisseur qu'aurait un dispositif classique composé d'une antenne électrique et d'un plan réflecteur métallique. Nous commençons donc par étudier la particularité du plan réflecteur choisi, c'est-à-dire la Surface Haute Impédance. Cette surface étant composé de motifs périodiques nous étudierons le motif qui permet d'obtenir les caractéristiques les plus proches de celles de l'application visée. Nous débutons par une étude en monobande suivi de l'étude d'un motif bi-bande. Le motif mono-bande conçu en simulation présente une très bonne bande-passante (13%) au vue de sa taille minimale (2,5mm). Le motif bi-bande réalisé par imbrication de motifs mono-bande permet d'obtenir en simulation des performances conformes aux attentes dans deux bandes GNSS choisies. L'étude de cette surface se poursuit par une phase de mesure. Le but de l'étude étant de pouvoir placer une antenne au-dessus de la surface fabriquée, une collection d'antennes sera développée afin de régler la surface haute impédance et dans le même temps de tester le dispositif complet. Ainsi dans un premier temps, nous utiliserons des dipôles pour tester et régler la Surface Haute Impédance. Dans cette partie le couplage entre l'antenne et la surface haute impédance placée en-dessous sera notamment étudié. Dans un deuxième temps, afin d'obtenir une polarisation circulaire nous utiliserons d'autres antennes supportant cette polarisation (dipôle croisé et spirale). Dans chaque phase de mesure, le réglage antenne et Surface Haute Impédance sera optimisé et divers paramètres de réglage seront identifiés. Pour les deux axes de recherche, ce sont non seulement le rayonnement que nous cherchons à maîtriser mais aussi la taille de la structure. Ainsi les structures réalisées sont les plus compactes possibles surtout en terme de finesse. Nous concluons sur les performances des antennes réalisées par rapport au cahier des charges et aux autres antennes existantes et exposons les perspectives du travail réalisé / In this thesis, original solutions are proposed for antennas not sensitive to their environment. These antennas are designed for GNSS applications and more precisely for multi-bands ones. So the solutions are developed keeping in mind the GNSS specifications. Two different research axis are discussed. The first one deals with the natural properties of an antenna composed of different radiating structures. So an helix structure is associated with a metallic plate. The specifications of this antenna are in line with the ones of commercial antennas. Nevertheless, this antenna is only one band and in linear polarization which is not conform to the GNSS specifications. To satisfy these specifications a second axis is developed. In this second axis an electric antenna is associated with a specific reflector : a High Impendance Surface. Theorically, this surface allows to place the antenna very close and so reduce the thickness of the whole structure without disturbing the radiation of the antenna. Firstly, the High Impendance Surface and more precisely its periodic patterns is studied. Both one band and dual-band pattern are designed. The one band pattern has a good bandwidth (13%) compared to its size (2,5mm). The dual-band pattern designed by pattern enclosing realized the GNSS specifications in simulation. This is followed by measures. The aim of the thesis is to place the antenna above the designed HIS so a lot of antennas are designed to test and tune the surface. Firstly dipoles are used to study the coupling effects and secondly circular polarized antenna are used to reach the GNSS specifications. For both axis, the radiation pattern and the size of the whole system is optimized. So the proposed solutions are the thinnest ones. To conclude the characteristics of the proposed structures are compared to specifications and to existing antennas and future work is proposed

Les circulateurs à ferrite sont des dispositifs essentiels et indispensables dans les chaînes de communication radiofréquences. Ils assurent l’aiguillage des signaux selon leur provenance, en favorisant la propagation de l’onde EM dans une direction plutôt que dans une autre. De ce fait, ils permettent de dissocier les signaux d’émission et de réception. Ils utilisent les propriétés d’anisotropie et de non-réciprocité des matériaux ferrites lorsque ces derniers sont aimantés par un champ magnétique statique. Leur mise au point s’avère assez délicate. D’un point de vue industriel, pour répondre à un cahier des charges, sont souvent obligés aujourd’hui de partir de designs existants qu’ils font évoluer « au coup par coup » grâce au savoir-faire de quelques spécialistes. Des réglages longs, fastidieux, et coûteux sont donc nécessaires et ils ne garantissent pas toujours une solution optimum. Il est en outre souvent difficile d’imaginer de nouveaux designs. Le principal but de ces travaux de thèse est de mettre au point une méthode de conception fiable permettant de prendre en compte les phénomènes physiques mis en jeu (perméabilité tensorielle, effets magnétostatiques, modélisation numérique robuste) afin d’obtenir des dispositifs opérationnels, sans réglage et aux performances optimisées. / Biased ferrite circulators have known a great technological progress, searching for fulfill the exponential growth of many new applications. Their operation is directly linked to the anisotropic characteristic of ferrite material to create non-reciprocity phenomenon. Their design remains quite complicated in view of several limitations of their high-frequency modelization. The main goal of this thesis is to establish a complete methodology which aims to take into account all the physical features related to such a device, to offer a reliable results with optimized performances and to minimize the post-tuning step which remains problematic for the industry of circulators.

La télémédecine et plus particulièrement la télémédecine mobile semble représenter l’avenir en termes de soins médicaux. Ce concept nécessite cependant pour sa viabilité, de disposer d’éléments rayonnants miniatures, fortement efficaces, et capables de communiquer sur plusieurs bandes. Ce mémoire présente la méthodologie de conception et l’optimisation d’antennes miniatures intégrées, dédiées à un dispositif spécifique permettant de réaliser une liaison radiofréquence entre un implant médical et le téléphone portable d’un patient. Cependant, la miniaturisation des antennes, éléments clés de ce concept, s’accompagne généralement d’une dégradation de son efficacité et de sa bande passante, ce qui rend délicat leur mise en œuvre sur au moins deux des points essentiels recherchés. La conception de ce type d'antennes nécessite donc une analyse très fine des phénomènes physiques mis en jeu dont notamment la limite théorique en termes de performances que l'on peut atteindre pour une antenne circonscrite à un volume donné. De plus, ces performances radioélectriques sont fortement dépendantes de l'environnement dans lequel est placée l’antenne. Par conséquent, l'influence de chaque partie constituant cet environnement doit être prise en compte lors de l'intégration, ce que nous décrivons également dans ce manuscrit à travers différentes solutions d’éléments rayonnants. / This thesis presents the design and the optimization of miniature antennas integrated in specific devices dedicated to ensure communications between medical implants and a mobile phone in the context of telemedicine applications. However, the miniaturization of antennas necessarily implies a degradation of efficiency and bandwidth, which makes it difficult for implementation. Then, the design of electrically small antennas requires a very good understanding of the physical phenomena such as the theoretical limits of performance in terms of bandwidth and efficiency that can be expected for a radiating element with given dimensions. Furthermore, the performance of an electrically small antenna is also highly dependent on the environment in which it is mounted. Therefore, its interaction with each part of its close environment was highlighted and analyzed.

Au cours des dernières années, en raison de la demande croissante de produits de plus enplus légers, plus petits et moins chers à l'intérieur des appareils portables, l'électronique flexible émerge sur le marché commercial comme une nouvelle génération d'électroniques. Les substrats rigides conventionnels sont remplacés par des matériaux plus minces, flexibles et à faible coût tels que papier, polymère, plastique pour la fabrication des composants et circuits. En même temps, les futurs boîtiers électroniques demandent de plus en plus de nombreux systèmes sans fil afin d'offrir de multiples services et applications (ZigBee/Z-Wave, WLAN, DECT, Bluetooth, RF4CE, 3G/4G, etc.). À cause de l'intégration d'un très grand nombre d'antennes pour satisfaire l'opération de toutes ces applications, les connectivités deviennent donc un grand défi pour les exigences de coût. C'est pourquoi on voudrait remplacer l'ensemble du système d'alimentation/d'interconnexion à la carte mère PCB par une technologie homogène, collective. Ce travail de thèse vise à développer une nouvelle technologie "verte" et faible coût dédiée à la conception et réalisation de systèmes antennaires et d'interconnexions sur les matériaux flexibles (tels que papier) à base d'encres conductrices et de procédés de fabrication additifs comme impression. Le défi scientifique est de concevoir des systèmes antennaires répartis spatialement sur les faces internes en plastique du boîtier électronique sous forme des stickers RF 3D et connectés directement à la carte PCB par une solution innovante, à faible coût pour des applications multimédia sans fil dans la gamme de fréquences de 1.8-6 GHz. / In recent years, due to the growing demand for lighter, smaller and cheaper electronic products Inside portable devices, clothing and packaging materials, flexible electronics is emerging on the commercial market as a new generation of electronics. Conventional rigid substrates will be replaced by thin, flexible, low-cost materials such as paper, polymer, and plastic for the manufacturing of components and circuits. Concurrently with the powerful development of flexible electronics, the future electronic devices have drastically demanded more wireless systems in order to offer multiple services and applications (ZigBee/Z-Wave, WLAN, DECT, Bluetooth, RF4CE, 3G/4G, etc.). Because of the integration of a great number of antennas to satisfy the operation of all these applications, the connectivities thus become a big challenge for cost constraints. This is the reason why we would like to replace the entire interconnection system with the PCB mainboard by a homogeneous, collective technology.This thesis work aims at developing "green", low-cost and innovative technology devoted to the design and realization of antenna systems and interconnections on flexible materials (such as paper) based on conductive inks and additive manufacturing processes like printing. The scientific challenge lies on the design of spatially distributed antenna systems on the internal plastic sidewall of the electronics box in the form of 3D RF stickers and directly connected to the PCB mainboard by an innovative, low-cost solution for wireless multimedia applications in the frequency range of 1.8-6 GHz.