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

In this age of wireless technology, Body Area networks (BAN) is revolutionising the concept of patient care and health monitoring. BAN provides people good assessment of their health status at any time, wherever they are physically. The increased interest in developing effective body (in, on & off) communication systems made phantoms which can mimic the electrical properties of an actual human body necessary. Wearable antennas which are the indispensable part of BAN got to be low pro file and above all influences that human body can make. There should also be a way to reduce the effect of antennas on human body namely specific absorption rate (SAR). In this work effort has been made to develop phantoms suitable for both On body and In body communications. The base materials which are selected for the study are of biological origin (bio ceramics and biopolymers) whose behaviour is closer to that of human tissues. As these phantoms are biocompatible they are essentially non toxic where the conventionally available phantoms are toxic in nature. Different kinds of low profile conformal wearable antennas working at 2.4GHz ISM band were developed and studied in the BAN perspective. Antennas suffer much in terms of matching and efficiency when they are in contact or in the premises of human body. This is a major hurdle in the way to setting up a good body communication network. This work encompasses various techniques adopted to limit the body interferences to an acceptable level. The techniques adopted (Such as Backing Ground Plane, High Impedance Surface & Polymeric Ferrite Sheets) proved to be effective in reducing the sway in antenna characteristics when they are mounted on body. Specific absorption rate is also brought to acceptable levels and thus avoiding the formation of hot spots due to microwave absorption. A safer and cost effective BAN can be set up using this work which will lead to a safer, mobile and healthy future. / Les réseaux BAN (Body Area Network) révolutionnent le concept de la surveillance et de la prise en charge à distance de la santé du patient. Le BAN fournit des informations sur l’état de santé du patient en temps réel quelque soit l’endroit où il se trouve. Dans le « télé monitoring », des capteurs de mouvement, de respiration ou du rythme cardiaque placés à l’intérieur ou sur le corps humain transmettent des données via le réseau sans fil constituant le BAN, une antenne étant associée à chaque nœud du réseau. La communication peut être in/on, on/on ou on/off selon que les antennes sont placées à l’intérieur, sur ou à l’extérieur du corps. Le développement des BAN nécessite la réalisation de modèles (ou fantômes) simulant au mieux les propriétés électromagnétiques du corps humain. Des antennes portables, miniaturisées doivent être réalisées avec des contraintes d’intégration d’une part (aux vêtements, à des objets type montre ou badge), des contraintes de résistance ou de prise en compte de l’influence du corps d’autre part. La réduction de l’impact des antennes sur les tissus en terme de SAR (Specific Absorption Rate) doit également être considérée. Dans ce travail, l’objectif est de développer des fantômes valables pour les communications dans et sur le corps. Les matériaux de base sélectionnés sont d’origine biologique (biocéramiques et biopolymères) avec des propriétés proches de celles des tissus humains. Ces fantômes étant biocompatibles, ils sont essentiellement non toxiques alors que les fantômes usuels le sont en général. D’autre part, différents types d’antennes conformables, fonctionnant dans la bande ISM 2.4 GHz ont été développées et étudiées dans la perspective du BAN. Les antennes voient leur adaptation et leur efficacité chuter au contact ou à proximité du corps, ce qui constitue un écueil majeur pour établir une bonne communication. Différentes méthodes permettant de réduire l’influence du corps (plan de masse à l’arrière, surface haute impédance, feuille de ferrite polymère) sont testés et leurs avantages et inconvénients développés. Des mesures de SAR permettent aussi de démontrer l’efficacité de ces méthodes sur la réduction de la puissance absorbée par les tissus. Au final, ce travail apporte une contribution à l’étude théorique et expérimentale de l’interaction entre corps humain et antenne dans le cadre des réseaux BAN appliqués à la télésurveillance de la santé.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaviBB_DISSERT_1-70.pdf: 4567680 bytes, checksum: 150ff5afc1806ca374278b4c00a1f5a3 (MD5) Previous issue date: 2010-12-06 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Metamaterials exhibiting negative refraction have attracted a great amount of attention in recent years mostly due to their exquisite electromagnetic properties. These materials are artificial structures that exhibit characteristics not found in nature. It is possible to obtain a metamaterial by combining artificial structures periodically. We investigated the unique properties of Split Ring Resonators, High impedance Surfaces and Frequency Selective Surfaces and composite metamaterials. We have successfully demonstrated the practical use of these structures in antennas and circuits. We experimentally confirmed that composite metamaterial can improve the performance of the structures considered in this thesis, at the frequencies where electromagnetic band gap transmission takes place

Actuellement, les fantassins de l'armée française sont équipés d'un système de radiocommunication quand ils sont en intervention sur le terrain. L'antenne utilisée pour émettre et recevoir les signaux radiofréquences (RF) est du type monopole appelée antenne fouet placée parallèlement au corps du fantassin au niveau de la clavicule gauche. Cependant, l'antenne fouet perturbe le champ de vision des fantassins surtout lorsqu'ils tournent leur tête vers la gauche. De plus, la position de l'antenne fouet gêne les fantassins gauchers lorsqu'ils sont en position de tir. Enfin, l'antenne fouet rajoute un poids supplémentaire. Il est évident alors que l'intégration de l'antenne dans les gilets militaires permet de mieux répondre aux besoins des fantassins notamment en termes d'ergonomie. Cependant une telle intégration doit aussi répondre aux besoins d'efficacité de rayonnement, de couverture spatiale et de protection du corps vis-à-vis du rayonnement de l'antenne. De plus les contraintes liées à la technologie de réalisation doivent être prises en compte. La thèse est focalisée sur la conception et la caractérisation d'antennes intégrées aux gilets militaires. Le travail de recherche s'est fait dans le cadre du projet collaboratif GIANTE, soutenu par le dispositif DGA-RAPID, associant les partenaires complémentaires : SAFRAN Sagem, le laboratoire LCIS et ARDEJE. Le travail inclue tous les développements relevant de la conception électromagnétique avec la prise en compte du corps humain et le suivi de la réalisation par impression numérique assurée par ARDEJE qui possède la technologique jet d'encre. Il concerne également la caractérisation RF (adaptation, bande passante, diagramme de rayonnement) des antennes avec un banc expérimental adapté et l'évaluation des performances globales des antennes en environnements fonctionnels (milieu dégagé, milieu urbain, forêt). / Nowadays, the infantrymen of French army are equipped with a radio communication system when they are in field action. The antenna used to transmit and receive Radiofrequency (RF) signals is a monopole antenna called as whip antenna. It is placed parallel to the infantryman's body at the left clavicle. However, the whip antenna disrupts the field of view of infantrymen particularly when they turn their head to the left. Moreover, the position of the whip antenna bothers the left-handed infantrymen when they are in fire position. Finally, the whip antenna adds an additional weight to the infantrymen. Thus, it is obvious that the integration of the antenna into the military jackets allows to better meet the needs of infantrymen particularly in terms of ergonomy. However such an integration must also meet the needs in terms of radiation efficiency, spatial coverage and protection of the body against the antenna radiation. Moreover, the constraints of realization technology must be taken into account. The thesis is focused on the design and characterization of integrated antennas into military jackets. The research work is performed within the collaborative project GIANTE, supported by the DGA-RAPID frameproject, associating complementary partners: SAFRAN Sagem, laboratory LCIS, and ARDEJE. The work includes all the electromagnetic studies required by the environmental constraints by taking account the human body. It also includes the follow-up of the realizations made by ARDEJE that masters inkjet printing technologies. The RF characterization (impedance matching, bandwidth, radiation pattern) of antennas with a suitable bench test and the evaluation of global performances of antennas in functional environments (environment free from obstructions, urban areas, forest) are also part of the thesis work.

Actuellement, les fantassins de l'armée française sont équipés d'un système de radiocommunication quand ils sont en intervention sur le terrain. L'antenne utilisée pour émettre et recevoir les signaux radiofréquences (RF) est du type monopole appelée antenne fouet placée parallèlement au corps du fantassin au niveau de la clavicule gauche. Cependant, l'antenne fouet perturbe le champ de vision des fantassins surtout lorsqu'ils tournent leur tête vers la gauche. De plus, la position de l'antenne fouet gêne les fantassins gauchers lorsqu'ils sont en position de tir. Enfin, l'antenne fouet rajoute un poids supplémentaire. Il est évident alors que l'intégration de l'antenne dans les gilets militaires permet de mieux répondre aux besoins des fantassins notamment en termes d'ergonomie. Cependant une telle intégration doit aussi répondre aux besoins d'efficacité de rayonnement, de couverture spatiale et de protection du corps vis-à-vis du rayonnement de l'antenne. De plus les contraintes liées à la technologie de réalisation doivent être prises en compte. La thèse est focalisée sur la conception et la caractérisation d'antennes intégrées aux gilets militaires. Le travail de recherche s'est fait dans le cadre du projet collaboratif GIANTE, soutenu par le dispositif DGA-RAPID, associant les partenaires complémentaires : SAFRAN Sagem, le laboratoire LCIS et ARDEJE. Le travail inclue tous les développements relevant de la conception électromagnétique avec la prise en compte du corps humain et le suivi de la réalisation par impression numérique assurée par ARDEJE qui possède la technologique jet d'encre. Il concerne également la caractérisation RF (adaptation, bande passante, diagramme de rayonnement) des antennes avec un banc expérimental adapté et l'évaluation des performances globales des antennes en environnements fonctionnels (milieu dégagé, milieu urbain, forêt). / Nowadays, the infantrymen of French army are equipped with a radio communication system when they are in field action. The antenna used to transmit and receive Radiofrequency (RF) signals is a monopole antenna called as whip antenna. It is placed parallel to the infantryman's body at the left clavicle. However, the whip antenna disrupts the field of view of infantrymen particularly when they turn their head to the left. Moreover, the position of the whip antenna bothers the left-handed infantrymen when they are in fire position. Finally, the whip antenna adds an additional weight to the infantrymen. Thus, it is obvious that the integration of the antenna into the military jackets allows to better meet the needs of infantrymen particularly in terms of ergonomy. However such an integration must also meet the needs in terms of radiation efficiency, spatial coverage and protection of the body against the antenna radiation. Moreover, the constraints of realization technology must be taken into account. The thesis is focused on the design and characterization of integrated antennas into military jackets. The research work is performed within the collaborative project GIANTE, supported by the DGA-RAPID frameproject, associating complementary partners: SAFRAN Sagem, laboratory LCIS, and ARDEJE. The work includes all the electromagnetic studies required by the environmental constraints by taking account the human body. It also includes the follow-up of the realizations made by ARDEJE that masters inkjet printing technologies. The RF characterization (impedance matching, bandwidth, radiation pattern) of antennas with a suitable bench test and the evaluation of global performances of antennas in functional environments (environment free from obstructions, urban areas, forest) are also part of the thesis work.