Avec l'introduction des standards de communication de quatrième génération (4G) dans la téléphonie mobile, les bandes de fréquence dans lesquelles un téléphone mobile générique doit fonctionner ont naturellement augmenté. Ces évolutions ont induit de nouveaux challenges techniques notamment en ce qui concerne la conception des modules d'émission-réception, du frontal RF mais surtout des antennes. Les bandes de fréquences nouvellement ajoutées, en particulier les bandes LTE 12/13/17 qui descendent jusqu'à 700 MHz, constituent le défi antennaire majeur: couvrir la bande basse des 700-960MHz (30%) notamment en incluant la bande GSM850/900 compte tenu de la rétrocompatibilité avec les standards 3G. Étant donné que l'espace réservé pour l'antenne dans un terminal portatif est électriquement petit (dans cette gamme de fréquences basses), des techniques de conception spécifiques doivent être mises en œuvre pour pouvoir couvrir toute la bande de fréquence basse. Dans la phase de conception, il doit également être pris en compte le fait que l'antenne ou les antennes puissent incorporer des techniques d'amélioration de débit de données telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output) et l'agrégation de porteuse (Carrier Aggregation) pour le LTE-Advanced. De plus, si l'on considère des cas d'utilisation réalistes, les effets de l'utilisateur (main, tête) sur les performances globales du terminal doivent aussi être examinés. Dans cette thèse, plusieurs concepts d'antennes 4G pour les futurs terminaux mobiles sont proposés. Différentes topologies antennaires sont évaluées notamment des antennes reconfigurables / passives ainsi que des structures à alimentation simples/multiples

Avec l'introduction des standards de communication de quatrième génération (4G) dans la téléphonie mobile, les bandes de fréquence dans lesquelles un téléphone mobile générique doit fonctionner ont naturellement augmenté. Ces évolutions ont induit de nouveaux challenges techniques notamment en ce qui concerne la conception des modules d'émission-réception, du frontal RF mais surtout des antennes. Les bandes de fréquences nouvellement ajoutées, en particulier les bandes LTE 12/13/17 qui descendent jusqu’à 700 MHz, constituent le défi antennaire majeur: couvrir la bande basse des 700-960MHz (30%) notamment en incluant la bande GSM850/900 compte tenu de la rétrocompatibilité avec les standards 3G. Étant donné que l'espace réservé pour l'antenne dans un terminal portatif est électriquement petit (dans cette gamme de fréquences basses), des techniques de conception spécifiques doivent être mises en œuvre pour pouvoir couvrir toute la bande de fréquence basse. Dans la phase de conception, il doit également être pris en compte le fait que l'antenne ou les antennes puissent incorporer des techniques d'amélioration de débit de données telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output) et l’agrégation de porteuse (Carrier Aggregation) pour le LTE-Advanced. De plus, si l’on considère des cas d'utilisation réalistes, les effets de l'utilisateur (main, tête) sur les performances globales du terminal doivent aussi être examinés. Dans cette thèse, plusieurs concepts d'antennes 4G pour les futurs terminaux mobiles sont proposés. Différentes topologies antennaires sont évaluées notamment des antennes reconfigurables / passives ainsi que des structures à alimentation simples/multiples / With the introduction of the fourth generation (4G) of cellular mobile communications, there has been an increase in the frequency bands that a generic mobile phone should be able to operate. This requirement poses some challenges in the design of the transceiver modules of the device as well as the RF front-end and the antenna. From the antenna design point of view, the newly added frequency bands especially LTE bands 12-13-17 which goes down to 700MHz creates the main design challenge: covering 700-960MHz (30% bandwidth) in the low-band, considering also backward compatibility with the former technologies like GSM850/900. Since the space reserved for the antenna is electrically small in this frequency range, special design techniques are necessary to obtain the required bandwidth for a generic mobile terminal antenna. It should also be taken into account in the design phase, that the antenna needs to be appropriate for operation in the data-rate enhancement techniques like MIMO (multiple input multiple output) and carrier aggregation in LTE-Advanced. Furthermore, considering the real use cases of the mobile terminal, the effect of the user (hand, head and both) on the antenna performance should also be investigated. In this thesis, several antenna designs for 4G coverage in mobile terminals are proposed. Different antenna topologies are evaluated consisting of tunable/passive antennas as well as single/multi-feed structures.

Ce mémoire présente la conception et l'optimisation d'antennes miniatures intégrées en modules de type System in Package. L'objectif est de répondre à un besoin croissant en modules intégrés complets, comprenant tous les composants nécessaires pour apporter des fonctionnalités sans-fil aux objets communicants. Afin de remplir cet objectif, les antennes doivent satisfaire de nombreux critères, autant au niveau des performances (adaptation, bande passante, efficacité, diagramme de rayonnement) qu'au niveau des méthodes de conception (robustesse, coût, adaptation au processus de fabrication SiP, possibilité de production industrielle). L'extrême miniaturisation rend d'autant plus délicate leur mise en oeuvre qu'elle entraîne des phénomènes physiques limitant les performances. Nos travaux étudient la possibilité d'utiliser certaines techniques d'amélioration par l'ajout d'éléments structurels (éléments capacitifs, éléments parasites, fentes) et l'utilisation de circuits d'adaptation spécifiques. Diverses modifications géométriques innovantes appliquées aux structures antennaires ont également été utilisées pour obtenir des résultats satisfaisant tous les critères. Les antennes élaborées permettent à des objets communicants de dimensions variées d'opérer dans la bande de fréquences 2,4 GHz pour des applications de type WiFi ou Bluetooth. Plusieurs séries de réalisations de prototypes ont permis de valider les résultats et confirmer les phénomènes électromagnétiques mis en jeu.