No / This paper presents a physically compact, frequency tunable antenna design for use in mobile terminals. The full operating bandwidth is between 1750 MHz and 2400 MHz with good impedance match in the entire tuning range to meet the coverage requirements of the DCS, PCS, UMTS and WLAN bands . The antenna bandwidth is is realized by loading the embedded resonant slot of a PIFA, with a varactor diode, with an equivalent capacitance range of 0.5 pF to 2.5 pF.

Yes / A compact planar inverted F antenna (PIFA) with a tuneable frequency response is presented. Tuning of the resonant frequency is realized by loading a varactor on an embedded slot of the proposed antenna structure without further optimizing other antenna geometry parameters. The antenna exhibits a wide frequency range from 1570 to 2600 MHz with a good impedance matching (S11 ≤ -10dB) covering the GPS, PCS, DCS, UMTS, WLAN and LTE systems. To validate the theoretical model and design concept, the antenna prototype was fabricated and measured. The compact size of the antenna is 15mm × 8mm × 3mm, which makes this antenna a good candidate for mobile handset and wireless communication applications.

This thesis focuses on mobile phones antenna design with brief description about the historical development, basic parameters and the types of antennas which are used in mobile phones. Mobile phones antenna design section consists of two proposed PIFA antennas. The first design concerns a single band antenna with resonant frequency at GPS frequency (1.575GHz). The first model is designed with main consideration that is to have the lower possible PIFA single band dimensions with reasonable return loss (S11) and the efficiencies. Second design concerns in a wideband PIFA antenna which cover the range from 1800MHz to 2600MHz. This range covers certain important bands: GSM (1800MHz & 1900MHz), UMTS (2100MHz), Bluetooth & Wi-Fi (2.4GHz) and LTE system (2.3GHz, 2.5GHz, and 2.6GHz). The wideband PIFA design is achieved by using slotted ground plane technique. The simulations for both models are performed in COMSOL Multiphysics.  The last two parts of the thesis present the problems of mobile phones antenna. Starting with Specific absorption rate (SAR) problem, efficiency of Mobile phones antenna, and hand-held environment.

Dans cette thèse, nous proposons des modifications de conception d’antenne PIFA concernant la téléphonie mobile afin de réduire le taux de pénétration des ondes électromagnétiques dans la tête. Trois antennes ont été considérées: une antenne PIFA à bande unique fonctionnant à 1,8 GHz, une antenne PIFA à bande double fonctionnant à 900 MHz et à 1,8 GHz, et une antenne PIFA tri-bande à 900 MHz, 1800 MHz et 2400 MHz. La densité de courant de surface le long du plan de masse a été réduite en diminuant le rayonnement du champ électrique émis par l’antenne émettrice vers le corps, ce qui a entraîné une réduction de la densité de courant le long de la tête humaine ainsi que du SAR. Cette réduction du SAR a été réalisée en insérant plusieurs traitements de bords tels qu'une forme en U à chaque coin du plan de masse de l'antenne. Nous avons étudié trois types des antennes : la première, lorsque les bords U sont constitués de PEC, nous obtenons une réduction du SAR de 78,6%. La seconde utilise un type de liquide considéré comme absorbant. Avec ce liquide, deux antennes ont été analysées: une PIFA à bande unique fonctionnant à 1,8 GHz et une PIFA à bande double fonctionnant à 900 MHz et à1,8 GHz. Dans ce scénario, le bord en U est constitué d’eau, et nous avons constaté que la valeur maximale du SAR moyen sur 10 g de tissu était réduite à 73,52% pour une PIFA à bande unique, tandis que le pic de SAR a été réduit à 88,78% et 90,31% en cas de double bande. Afin de préserver la hauteur de l'antenne et de la rendre plus réaliste, un autre type d’antenne a été modélisé en insérant des arêtes en forme de U à chaque extrémité du plan de masse. Dans ce cas, la réduction du SAR a été la suivante: 74,5% à 1800 MHz pour une bande unique et environ 64,37%, 79,92% et 54,71% à 900 MHz, 1800 MHz et 2400 MHz pour une antenne tri-bande, et pour une moyenne de masse de tissu égale à 10g. Dans une dernière partie, cette thèse propose une antenne optimisée pour des transmissions de la station de base vers l'utilisateur d’un téléphone mobile, en exploitant la bande GSM-900. L’objectif principal de cette étude est de fournir une intensité de champ constante sur la surface de couverture, afin de minimiser certains effets biologiques considérés comme dangereux pour la santé humaine. / In this thesis, we propose new types of mobile handset PIFA antenna design to reduce the specific absorption rate (SAR) in human head. Three antennas were considered: a single band PIFA operating at 1.8 GHz, a dual band PIFA operating at 900 MHz and 1.8 GHz, and a Triband PIFA operating at 900MHz, GSM 1800MHz, and 2400MHz. Surface current density along the ground plane was decreased by reducing the near electric field radiation coming from the radiating antenna to the human head, which in turns leads to a reduction in current density along human head as well as the SAR. This SAR reduction is accomplished by inserting several edges treatment such as U-shape at each corner of the ground plane of antenna. In this scenario, we studied three types: first one, when U-edges are made of PEC, we get SAR reduction about 78.6%. Second one is a liquid type that is considered as more advanced type. For this type, two antennas are considered: a single band PIFA operating at 1.8 GHz, and a dual band PIFA operating at 900 MHz and 1.8 GHz. In this scenario, two cases were studied: first one when the U-edge is made of water, we noticed that the peak SAR value averaged over 10 g mass tissue was reduced to 73.52% in the case of single band PIFA, whereas the peak SAR was reduced to 88.78% and 90.31% in case of dual band. Second case, when U-edge filled with water, this enhanced structure was presented to overcome the manufacturing limitations of the first case design. Simulation results showed a better performance in terms of reflection coefficient and radiation pattern for both single-band and dual-band antennas. The results of SAR were also similar to the first case structure design for the single-band antenna. However, the SAR was slightly higher for the dual-band antenna, but it still remains very low (1.6 W/Kg at 900 MHz and 0.6 W/Kg at 1800 MHz). After that, for preserving the height of antenna, and making it more realistic to be applied, another type was done by inserting U-edges above each corner of the ground plane. In this case, we get SAR reduction as follows: 74.5% at GSM1800MHz in case of single band, and about 64.37%, 79.92%, and 54.71% at GSM900MHz, GSM1800MHz, and 2400 MHz in case of Tri-band averaged over 10g mass tissue. On the other hand, this thesis presents a modern and unprecedented safety antenna that transmits from the base station to the mobile user being operated at the GSM-900 band. The main objective of this study is to provide a constant field strength or a uniform coverage over a certain surface area, for preventing human health from several hazardous biological effects, and this strongly depends on the studied site (e.g. if it is densely urban, rural, open area, etc.). Our proposed design is synthesized using S.A.R.A (Synthesis of Array of Antenna) software. Besides, Atoll GSM planning tool is used to ensure the signal coverage and power strength for the safety antenna, and CST (Computer Simulation Technology) software for simulating the proposed antenna.

L'invention de l'antenne fût à la base de la création des communications sans fil à l'orée du XXe siècle. A l'origine des objets métalliques destinés à transmettre et recevoir des ondes électromagnétiques, les antennes n'ont cessé de se complexifier pour satisfaire l'impressionnant développement des communications sans fil. C'est dans ce contexte qu'est né le concept d'antenne « wearable » il y a moins de deux décennies ouvrant un nouveau champ de recherche sur les antennes souples. C'est dans ce cadre que ce travail de thèse se consacre à la conception d’antennes souples en bande UHF.Une première étude a permis de concevoir une antenne Vivaldi antipodale [150 - 900 MHz] souple pour la Section Technique de l'Armée de Terre. Six de ces antennes sont destinées à être placées sous un ballon gonflé à l'hélium pour réceptionner des signaux RF.Une seconde étude est effectuée en collaboration avec la société Syrlinks et le CNES. L'objectif du projet est de concevoir des antennes souples pour le suivi de personnes avec le système ARGOS (401 et 466 MHz). La solution retenue est une PIFA planaire de largeur inférieure à lambda/3. Elle a l'avantage d'être fine et légère. Le matériau souple employé est un caoutchouc silicone sélectionné parmi plusieurs matériaux souples grâce à des caractérisations diélectriques. Cependant, le problème de cette antenne est qu'elle possède un rayonnement quasi-omnidirectionnel. Etant donné qu'il n'était pas envisageable d'utiliser un plan réflecteur métallique pour des raisons de dimensions, il a été décidé de concevoir un conducteur magnétique artificiel (CMA) souple. Toutefois, la conception de CMA dans le bas de la bande UHF se heurte à des difficultés de miniaturisation. Pour contourner ce problème, il a été développé deux concepts de CMA à cellules unitaires de faibles dimensions devant la longueur d'onde. La première solution utilise des capacités interdigitées et la seconde une structure double couche. Pour ces deux concepts, un modèle circuit est proposé et validé par des mesures expérimentales. Les mesures de l'association CMA - antenne montrent une bande passante suffisante pour des applications ARGOS et un rayonnement majoritairement dirigée dans la direction opposé à celle du CMA. / The invention of antennas was the base of wireless communications appearance at the dawn of the twentieth century. Originally metal objects for transmitting and receiving electromagnetic waves, antennas have steadily become more complex to meet the impressive development of wireless communications. It is in this context that the concept of wearable antennas was born less than two decades ago opening a new field of research namely flexible antennas. It is in this framework that this thesis is dedicated to the design of flexible antennas for UHF band.A first study enabled the design of a flexible antipodal Vivaldi antenna [150-900 MHz] for Technical Section of the Army. Six of these antennas are intended to be placed under a balloon inflated with helium for receiving RF signals.A second study was conducted in collaboration with the company Syrlinks and CNES. The objective of the project is to design flexible antennas for tracking people with ARGOS system (401 and 466 MHz). The selected solution is a planar PIFA which width is smaller than lambda/3. This antenna has the advantage of being thin and light. The flexible material used is a silicone rubber and it was selected among several others due to some dielectric characterizations. However, the drawback of this antenna is that it has a quasi-omnidirectional radiation pattern. Since it was not possible to use a reflector metal plane due to size constraints, it was decided to design a flexible artificial magnetic conductor (AMC). However, the design of AMCs in the lower UHF band is challenged with the miniaturization difficulties. Two concepts of small size (compared to the wavelength) AMCs unit cells were developed to work around this problem. The first solution uses interdigitated capacitors and the second a double layer structure. For these two concepts, a circuit model is proposed and validated by experimental measurements. The measurement of the AMC associated antenna demonstrates a bandwidth sufficient for ARGOS applications and a radiation pattern mostly directed in the direction opposite to that of the AMC.