La technologie RFID fait dorénavant partie intégrante de notre quotidien. Les applications correspondantes à cette technologie sont des plus en plus nombreuses et répandues. Ce manuscrit a pour ambition la recherche de solutions innovantes pour lecteurs RFID UHF. Ce travail ayant été accompli dans le cadre du projet PACID Textile, les champs d’application de nos recherches ont été l’amélioration de la gestion, de la traçabilité et de la sécurité des textiles industriels et commerciaux de par des performances accrues des structures antennaires. Pour cela, l’antenne lecteur, entre autre, doit être miniature tout en étant faible coût, directive et à polarisation circulaire dans la bande RFID UHF (0,865-0,868 GHz). Les deux verrous technologiques principaux auxquels nous avons été confrontés pour l’antenne lecteur sont la gestion de sa direction de propagation privilégiée permettant de restreindre et maîtriser la zone de lecture ainsi que son encombrement afin de l’intégrer facilement dans n’importe quel environnement. Pour répondre à cette problématique, les axes de recherche abordés dans ce manuscrit ont été : L’obtention de la polarisation circulaire à l’aide de résonateurs à courts-circuits. L’étude et la conception d’antennes à base de métamatériaux de type BIE (Bande Interdite Electromagnétique) afin d’améliorer la directivité des antennes imprimées de par les propriétés originales de ces structures. La recherche de nouvelles techniques de miniaturisation des antennes imprimées par introduction d’un nouveau plan de masse de type BIE. / RFID technology is now a part of our daily lives. The corresponding applications are more and more numerous and widespread. This work having been done in the framework of the PACID textile project, this thesis has the ambition to research innovative solutions for RFID readers in order to enhance the management, the traceability and the security of the industrial and commercial textiles.Towards this end, the antenna reader has to be miniature while being low-cost, directive and in circular polarization in the RFID UHF band (0.865-0.868 GHz). The two main technological challenges that we have faced for the reader antenna is managing its main direction of propagation to restrict and control the reading zone as well as the miniaturization of its size in order to easily integrate it into any environment. To respond to this problem, the research areas discussed in this manuscript were: The obtaining of the circular polarization using short-circuited resonators. The study and design of microstrip antennas based on EBG (Electromagnetic Band Gap). Type metamaterials to improve their directivity by using the original properties of these structures. The research of new miniaturization techniques for printed antennas by introducing a new EBG ground plane.

La technologie RFID fait dorénavant partie intégrante de notre quotidien. Les applications correspondantes à cette technologie sont des plus en plus nombreuses et répandues. Ce manuscrit a pour ambition la recherche de solutions innovantes pour lecteurs RFID UHF. Ce travail ayant été accompli dans le cadre du projet PACID Textile, les champs d'application de nos recherches ont été l'amélioration de la gestion, de la traçabilité et de la sécurité des textiles industriels et commerciaux de par des performances accrues des structures antennaires. Pour cela, l'antenne lecteur, entre autre, doit être miniature tout en étant faible coût, directive et à polarisation circulaire dans la bande RFID UHF (0,865-0,868 GHz). Les deux verrous technologiques principaux auxquels nous avons été confrontés pour l'antenne lecteur sont la gestion de sa direction de propagation privilégiée permettant de restreindre et maîtriser la zone de lecture ainsi que son encombrement afin de l'intégrer facilement dans n'importe quel environnement. Pour répondre à cette problématique, les axes de recherche abordés dans ce manuscrit ont été : L'obtention de la polarisation circulaire à l'aide de résonateurs à courts-circuits. L'étude et la conception d'antennes à base de métamatériaux de type BIE (Bande Interdite Electromagnétique) afin d'améliorer la directivité des antennes imprimées de par les propriétés originales de ces structures. La recherche de nouvelles techniques de miniaturisation des antennes imprimées par introduction d'un nouveau plan de masse de type BIE.

Un dirigeable haute altitude (HAA: High Altitude Airship) évoluant à plus de 20 km au-dessus du sol est envisagé en tant que plate-forme d'accueil pour un réseau d'antennes spirales pour des applications radar. L'antenne spirale d'Archimède est un excellent élément rayonnant pour des applications nécessitant une large bande de fréquences ainsi qu'une polarisation circulaire. Dans la plupart des cas, l'alimentation se fait au centre de l'antenne spirale. Cependant, certains environnements interdisent un accès au centre de l'antenne. Cela est notamment le cas des plateformes aéroportées tels que les dirigeables. Celles-ci ne permettent pas de conformer un réseau d'antennes spirales tout en accédant à leur centre. Il est donc indispensable, dans ces cas, d'alimenter l'antenne autrement. Une solution est d'exciter l'antenne spirale par l'extérieur avec plusieurs sources. L'objectif de cette étude est d'obtenir des caractéristiques de rayonnement similaires à celles de l'antenne spirale d'Archimède tout en libérant le centre. Plusieurs solutions d'alimentation dans le plan de l'antenne sont étudiées. Pour chaque antenne, un prototype a été réalisé et mesuré dans une chambre anéchoique. Les résultats obtenus correspondent à de ceux de la simulation, ce qui nous permet de valider le fonctionnement des différents prototypes.

Ce travail porte sur la conception de réseaux large bande à double polarisation basées sur des antennes spirales d'Archimède. Ces antennes sont connues pour avoir une bande passante très large. Mais, dans un réseau, la bande passante est diminuée du fait de l'apparition de lobes de réseaux. Pour que le réseau fonctionne à double polarisation, il est nécessaire d'utiliser des éléments de polarisations opposées, ce qui accroit encore la distance entre les éléments possédant la même polarisation. Ceci fait ainsi apparaître les lobes de réseaux à des fréquences inférieures par rapport au cas à mono polarisation. Dans ce travail, une méthode analytique a été développée pour estimer la bande passante des réseaux d'antennes spirales. Cette méthode a montré que la bande passante maximale d'un réseau à distribution spatiale uniforme est d'environ une octave pour le cas à mono polarisation et inexistant pour le cas à double polarisation. Pendant la validation de la méthode d'estimation quelques résonances ont été observées. Des explications de ce phénomène sont présentées, ainsi que des possibles solutions. Pour élargir la bande passante du réseau, nous montrons qu'il est possible d'utiliser en même temps les deux tendances actuelles de conception de réseaux d'antennes large bande. En utilisant deux techniques issues de ces deux tendances, nous avons pu réaliser un réseau présentant une bande passante de 6:1. Des perspectives sont aussi présentées. / This work focuses on the design of wideband dual polarized arrays using spiral antennas. These antennas are known for having wideband properties. But, due to the presence of the grating lobes, the bandwidth is decreased when using an array instead of a single antenna. In order to obtain a dual polarized array, it is needed to use elements of opposite polarization, which creates great distances between same polarization elements, meaning an earlier presence of the grating lobes. In this work, an analytic method was developed to estimate the bandwidth of the spiral arrays. This method showed that the maximum bandwidth of uniform spiral arrays is about an octave, for the mono-polarized case, and nonexistent for the dual polarized case. Working on the validation of the method, some resonances were observed. Explanations are presented, as well as possible solutions. Trying to expand the bandwidth of the array, it was found that it is possible and suitable to use at the same time the two current design paradigms for wideband arrays. Using this idea, a 6:1 bandwidth concentric rings array using connected spirals was achieved. Perspectives are also presented.

Aujourd'hui, les nouveaux appareils électroniques de télécommunications tendent toujours à plus d'innovations, plus de services et le tout dans de faibles dimensions. Face à un nombre de standards toujours croissant, les nouvelles antennes associées doivent être capables de couvrir plusieurs bandes de fréquences avec des caractéristiques de rayonnement variées, en un minimum d'encombrement. Cette thèse a permis la conception de plusieurs antennes combinées à polarisations multiples pour les applications spatiales. À partir d'un état de l'art d'antennes de géométries variées et devant la complexité de disposer de plusieurs types de polarisations au sein d'un même élément, l'étude a été divisée en deux parties. La première présente en particulier une antenne quadribande fonctionnant en polarisation linéaire pour les standards Bluetooth et WLAN. Sa géométrie consiste en un élément de fine épaisseur, replié en forme de U, entouré d'une cavité cylindrique. La seconde partie propose plusieurs antennes bibandes en polarisation circulaire, basées sur le principe d'éléments imprimés carrés à coins coupés: une antenne monocouche pour les standards GPS-SDARS et une antenne bicouche dédiée aux deux bandes de fréquences GPS existantes. Au final, en combinant ces différents éléments rayonnants, on obtient des antennes multistandards regroupant les deux types de polarisations, linéaire et circulaire.

This work focuses on the design of wideband dual polarized arrays using spiral antennas. These antennas are known for having wideband properties. But, due to the presence of the grating lobes, the bandwidth is decreased when using an array instead of a single antenna. In order to obtain a dual polarized array, it is needed to use elements of opposite polarization, which creates great distances between same polarization elements, meaning an earlier presence of the grating lobes. In this work, an analytic method was developed to estimate the bandwidth of the spiral arrays. This method showed that the maximum bandwidth of uniform spiral arrays is about an octave, for the mono-polarized case, and nonexistent for the dual polarized case. Working on the validation of the method, some resonances were observed. Explanations are presented, as well as possible solutions. Trying to expand the bandwidth of the array, it was found that it is possible and suitable to use at the same time the two current design paradigms for wideband arrays. Using this idea, a 6:1 bandwidth concentric rings array using connected spirals was achieved. Perspectives are also presented.

Cette thèse, effectuée au Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications, a pour objectif la conception d'un système de détection en bande millimétrique dans le cadre de deux projets. Le projet INFRADAR en collaboration avec des partenaires industriels (ATE et Opéra Ergonomie) vise à développer un système d'aide au pilotage d'hélicoptère par la réalisation d'un système anticollision capable de détecter des obstacles comme les lignes à hautes tensions ou les pylônes électriques à longue portée. Le projet Sakura en collaboration avec un institut étranger (Electronic Navigation Research Institute, ENRI, of Tokyo) se focalise sur la détection d'objets et de débris sur piste d'aéroport. Le premier chapitre est un état de l'art des radars et antennes millimétriques. L'antenne retenue pour notre application est un réseau réflecteur(reflectarray). Le deuxième chapitre est consacré à l'étude de cellules élémentaires originales qui permettent la conversion de polarisation et la stabilité en fréquence. Le chapitre trois décrit les 3 réseaux réflecteurs développés avec pour objectif l'obtention d'une polarisation circulaire, d'un réseau réflecteur multi-lobes, d'un réseau réflecteur bas bruit. Le chapitre quatre illustre les différentes campagnes de mesures réalisées à Tokyo et Sendaï lors du Projet Sakura. Les résultats sont confrontés à un modèle théorique afin de comprendre les limites du système. Enfin nous discutons dans le chapitre cinq des mesures réalisées à Aix en Provence et Sophia Antipolis dans le cadre du Projet INFRADAR. Le projet commençant à peine, les premiers résultats présentés permettent d'entrevoir le potentiel de notre système pour l'aide au pilotage.

Grâce aux progrès réalisés ces dernières années dans la conception de réseaux intelligents, tels que les réseaux centrés sur la personne (WBAN) ou les réseaux sans fils de proximité (WPAN), de nouveaux types d'applications émergent et utilisent des capteurs d'informations capables de relever les paramètres physiologiques, environnementaux et plus particulièrement le positionnement des personnes. Dans ce cadre, nous nous sommes attachés dans ce travail de recherche à la conception et la réalisation d'antennes en polarisation circulaire pouvant être intégrées dans des vêtements, pour les standards de géolocalisation européen Galiléo et Américain GPS. Nous avons utilisé pour ces antennes des structures métamatériaux de type conducteurs magnétiques artificiels, afin d'augmenter les performances en rayonnement et pour diminuer le couplage avec et le corps humain. Une autre voie explorée est l'utilisation d'antennes patchs qui sont de nature faible encombrement. La bande de fréquence du standard de communications par satellite Iridium étant très proche du standard de géolocalisation GPS, nous avons trouvé intéressant de développer une solution de type patch couvrant les deux bandes GPS (1,575 GHz) et Iridium (1,621 GHz). L'antenne devant être intégrée sur une boite crânienne, les niveaux de débit d'absorption spécifique et les modifications du rayonnement sous conformation de l'antenne ont également été étudiés. L'évolution de ce travail a été ensuite d'étudier le comportement de cette antenne posée sur le dessus d'un casque militaire français. Les performances en rayonnement ont été satisfaisantes et ont montré la possibilité d'une telle application.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI VEADISTA. Le but de ce projet est le développement d’une solution technologique à bas coût pour la veille à distance de personnes fragiles. Cette thèse se focalise sur la conception d’antennes lecteur et d’une étiquette RFID UHF posée sur le corps humain. Deux objectifs principaux sont visés dans ces travaux de thèse. Le premier aborde la conception d’antennes pour lecteurs RFID, le second aborde la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, adaptée au corps humain. Les objectifs à atteindre pour l’antenne lecteur sont : un champ rayonné à polarisation circulaire, un gain élevé, faible coût de fabrication et faible épaisseur. Pour atteindre ces objectifs, une topologie d’anneau fente miniaturisé par une méthode itérative de repliement d’anneau associée à un réflecteur incluant un AMC à cellules élémentaires réduites sont employés. Le second objectif de la thèse est la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, capable de minimiser l’influence du corps humain sans sacrifier la distance de lecture tout en restant faible coût. Un modèle électromagnétique d’avant-bras humain est utilisé comme support de conception de l’antenne tag large bande. Enfin le système RFID complet incluant, l’étiquette, l’antenne lecteur et le lecteur RFID ont fait l’objet de tests fonctionnels pour préparer les tests cliniques sur patient. / This thesis was initiated within the VEADISTA project. The main goal of this project was to develop a cost effective technological remote care system for fragile person. The main focus of this thesis is on antenna design for RFID reader and also for RFID tags in contact with human body. For the reader antenna the criteria are: a circularly polarized radiated field, high gain, cost effectiveness and small thickness. To achieve these objectives, a miniaturized slot ring topology obtained by an iterative method of ring folding associated with a reflector including a reduced unit cells AMC are used. For the tag the objective is to design a broadband antenna, by minimizing the influence of human body without affecting the reading scope. The tag is needed to also be cost effective. An electromagnetic model of human forearm is used as the broadband tag antenna design support. Ultimately, the functionality of the complete system including a tag and a reader have been tested.

Les progrès réalisés dans les domaines des réseaux de capteurs disséminées, de l'identification radiofréquence ou des communications millimétriques présagent l'apparition de petits objets, intelligents, autonomes et communiquant par le biais de transmissions radiofréquences. Dans ce contexte, les orientations aléatoires et variables des dispositifs les uns par rapport aux autres engendrent de fortes variations du bilan de transmission en raison de l'anisotropie de rayonnement ainsi que des désadaptations de polarisation entre antennes. Il existe donc un besoin pour de petites antennes bas coût aux caractéristiques de rayonnement optimisées pour une transmission indépendante de leurs orientations relatives. La première partie de ce travail a consisté à proposer un nouveau critère, appelé fonction de couverture isotrope, permettant de caractériser rigoureusement les performances des antennes dans un tel contexte. Cette méthode a permis de comparer diverses antennes de la littérature et d'étudier les effets de leurs propriétés de rayonnement. L'influence de l'environnement de propagation a également été étudiée. La seconde partie a consisté à proposer deux nouvelles antennes répondant à cette problématique tout en prenant en compte les fortes contraintes d'intégration et de miniaturisation. Un prototype a été réalisé et valide l'approche de conception suivie. Finalement, un dernier développement envisage le cas des multi antennes. Une extension de la méthode de caractérisation est proposée. L'une des structures précédentes est développée en deux versions à deux accès et illustre le principe d'une antenne isotrope à double polarisation orthogonale aux performances optimales.