Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse dans un premier temps à des matrices d'alimentation de type passif connues qui permettent de produire des faisceaux orthogonaux, et notamment à la matrice de Butler. On s'aperçoit qu'il n'existe qu'une méthode itérative permettant de déterminer les paramètres S d'une matrice de Butler symétrique. C'est pourquoi, on cherche à déterminer de manière analytique la matrice [S] d'une matrice de Butler symétrique à N = 2^n entrées et N sorties. On établit des formules de récurrence issues de l'étude de ce type de matrices pour plusieurs tailles. Des formules analytiques en sont déduites qui sont valables quelle que soit la valeur de N. On poursuit l'étude des matrices d'alimentation de réseau d'antennes en s'intéressant à la source focale d'une antenne multifaisceaux devant réflecteur basée sur une géométrie originale constituée de coupleurs directionnels tridimensionnels entrelacés. Cette structure est simulée. Ses nombreux paramètres sont optimisés afin d'aboutir à une solution répondant au cahier des charges. Une maquette est réalisée et testée. Les résultats obtenus sont prometteurs. Au final, cette source possède l'avantage d'avoir un fort niveau de réutilisation de ses éléments rayonnants et donc de limiter l'encombrement du système global qui est souvent un point critique, dans les satellites notamment. Pour finir, on s'intéresse à une structure dont le but est d'avoir une station au sol capable de suivre une cible sans dépointage. La poursuite en azimut est assurée par une partie mécanique, de type joint tournant ; celle en élévation par un module électronique. Le système se doit d'être compact, fiable, et de limiter les pertes ainsi que les coûts. Des compromis sont donc à effectuer. La partie rayonnante est réalisée en guide, la partie alimentation en technologie planaire. Une solution est proposée afin de faire la transition entre ces deux technologies : le circuit de répartition est directement relié à l'excitation des éléments rayonnants en mettant ces deux parties sur une même feuille de substrat. Ainsi, moins de câbles et de connecteurs sont nécessaires, ce qui diminue l'encombrement et les coûts. / In this PhD thesis, some feed networks are studied. First, a N x N symmetric Butler matrix is considered. Analytical formulas allowing constructing its [S] matrix are found and demonstrated. Second, a multibeam antenna focal array based on 3-D directional couplers is considered. This device has a high level of re-use of its radiating elements. Therefore, its global size is reduced. Its conception is explained. Measurement results are exposed. Last, a mechanic / electronic device is studied. It is used for tracking. It is a complex device with several parts. The fact that the conception of each part depends on each other is highlighted. Compromises and choices need to be made.

Cette thèse est basée sur un brevet réalisé chez XLIM Systèmes RF. La thèse précédente se concentre sur la partie théorique MARPEM et une certaine validation en polarisation linéaire. Dans cette thèse, nous avons visé à introduire le système MARPEM aux applications de polarisation circulaire en général et aux applications spatiales en particulier. Dans toute la thèse, MARPEM à polarité circulaire avec une architecture différente est réalisée avec la conception de circuits de polarisation et de diviseurs de puissance. On présente la formation de faisceau du motif Isoflux large avec le taux d'ellipticité, ainsi que des faisceaux de balayage sont réalisés pour grand azimut angles avec un bon taux d'ellipticité. Tous les résultats sont comparés à l'antenne réseau classique AESA. La fabrication de MARPEM à polarité circulaire et les circuits de polarisation et le diviseur de puissance sont effectués et les mesures correspondantes sont présentées. Ensuite, dans les perspectives, on s'attend à des défis différents dans un travail futur pour l'amélioration de système MARPEM. / This thesis is based on a patent done at XLIM RF-Systems. Previous thesis focuses on the ARMA theoretical part and some validation in linear polarization. In this thesis we aimed to introduce the system ARMA to the circular polarization applications in general and to space applications especially. In the entire thesis circularly polarized ARMA with different architecture are achieved with the design of polarization circuits and power dividers. Beam forming of the wide Isoflux pattern with the axial ratio are presented, also scanning beams are achieved for far angles with good axial ratio. All the results are compared with the classical array antenna AESA. Manufacturing of circularly polarized ARMA and the polarization circuits and the power divider are done and the corresponding measurements are presented. Then in the perspectives different challenges are expected to be in a future work for enhancement of the whole ARMA system.

Le travail présenté dans ce mémoire traite de l'étude d'oscillateurs et d'Oscillateurs Contrôlés en Tension (OCT) différentiels couplés appliqués à la commande d'un réseau d’antennes linéaire. Après avoir rappelé les concepts d'antennes réseaux et d'oscillateurs, une synthèse de la théorie élaborée par R. York et donnant les équations dynamiques modélisant deux oscillateurs de Van der Pol couplés par un circuit résonnant a été présentée. Après avoir montré la limitation de cette approche concernant la prédiction de l'amplitude des oscillateurs, une nouvelle formulation des équations non linéaires décrivant les états de synchronisation a été proposée. Néanmoins, compte tenu du caractère trigonométrique et fortement non linéaire de ces équations, une nouvelle écriture facilitant la résolution numérique a été proposée. Ceci a permis l'élaboration d'un outil de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) fournissant une cartographie de la zone de synchronisation de deux oscillateurs de Van der Pol couplés. Celle-ci permet de déterminer rapidement les fréquences d'oscillation libres nécessaires à l'obtention du déphasage souhaité. Pour ce faire, une procédure de modélisation de deux oscillateurs et OCTs différentiels couplés, par deux oscillateurs de Van der Pol couplés par une résistance a été élaborée. Les résultats fournis par l'outil de CAO proposé ont ensuite été comparés avec les résultats de simulations de deux oscillateurs et OCTs différentiels couplés obtenus avec le logiciel ADS d'Agilent. Une très bonne concordance des résultats a alors été obtenue montrant ainsi l'utilité et la précision de l'outil présenté. / The work presented in this thesis deals with the study of coupled differential oscillators and Voltage Controlled Oscillators (VCO) used to control antenna arrays. After reminding the concept of antenna arrays and oscillators, an overview of R. York's theory giving the dynamics for two Van der Pol oscillators coupled through a resonant network was presented. Then, showing the limitation of this approach regarding the prediction of the oscillators' amplitudes, a new formulation of the nonlinear equations describing the oscillators' locked states was proposed. Nevertheless, due to the trigonometric and strongly non-linear aspect of these equations, mathematical manipulations were applied in order to obtain a new system easier to solve numerically. This has allowed to the elaboration of a Computer Aided Design (CAD) tool, which provides a cartography giving the frequency locking region of two coupled differential Van der Pol oscillators. This cartography can help the designer to rapidly find the free-running frequencies of the two outermost differential oscillators or VCOs of the array required to achieve the desired phase shift. To do so, a modeling procedure of two coupled differential oscillators and VCOs as two coupled differential Van der Pol oscillators, with a resistive coupling network was performed. Then, in order to validate the results provided by our CAD tool, we compared them to the simulation results of two coupled differential oscillators and VCOs obtained with Agilent’s ADS software. Good agreements between the simulations of the circuits, the models and the theoretical results from our CAD tool were found.

Cette thèse se place dans le contexte général de la modélisation de réseaux d’antennes de grande taille, avec pour objectif d’atteindre un niveau de précision suffisamment élevé pour permettre une optimisation complète des performances et en particulier une amélioration de l’efficacité énergétique. Partant du constat que l’optimisation électromagnétique de grands réseaux représente un verrou si les couplages doivent être modélisés efficacement, cette thèse propose la mise en œuvre d’une méthode permettant la modélisation fine de grands réseaux d'antennes tout en réduisant les temps de calcul et en conservant un haut degré de précision. L'objectif est de montrer qu'une approche dérivée des formalismes périodiques infinis connus de la littérature permet d'obtenir une matrice [S] complète d'un réseau depuis l'étude d'une cellule unitaire. Après avoir présenté un état de l'art sur les réseaux d'antennes et leurs méthodes d'analyse, l'approche de modélisation proposée est détaillée. Des véhicules de test numériques et expérimentaux, permettant de valider cette méthode de modélisation, sont ensuite réalisés. L'approche est enfin utilisée avec succès pour deux types d'application. / This thesis is organized in the general context of modeling a large antenna arrays with the aim of achieving a high level of precision. This modeling allows a complete optimization of the performances and an enhancement of the energy efficiency. Given that the electromagnetic optimization of large arrays still represents a challenge if the mutual coupling is not efficiently modeled. This work offers the implementation of a method allowing the precise modeling of large antenna arrays while reducing the computation time and maintaining a high degree of precision. The aim is to demonstrate that the derived approach from the infinite periodic formalisms makes it possible to obtain a full [S] matrix of an array based on the study of a unit cell. After presenting a state of the art of antenna arrays and their methods of analysis, the proposed modeling approach is explained. Numerical and Experimental demonstrators are then made for the validation. Finally, this method is successfully used for two types of applications.

Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à l'étude des systèmes d'imagerie passive à courte portée pour la détection d'objets faiblement dissimulés en vue d'applications pour la sécurité des personnes. Ces travaux ont été menés au cours d'une collaboration de deux équipes de l'IETR : le département "Antennes & dispositifs Hyperfréquences" ainsi que le département "Progagation - localisation & Télédétection". Le cadre de cette collaboration a concerné donc l'étude d'un dispositif ayant un coût faible et une complexité réduite permettant l'imagerie 2D pour une portée relativement faible, et étudier les éléments nécessaires à la mise en place d'un démonstrateur complet. En s'abstenant d'éléments émetteurs, nous assurons l'inoffensivité du dispositif. L'imagerie s'effectue donc par la synthèse d'ouverture interférométrique. Un des points durs du travail concerne donc la définition de l'architecture du système et son optimisation. Nous apportons donc à travers ces travaux de recherche une réponse pour minimiser le nombre de récepteurs présents dans le système. Un nouveau concept basé sur l'utilisation de la commutation par l'approche de sous-matrices de switchs est présenté. Pour améliorer le rapport coût-performances des systèmes d'imagerie, le nombre de récepteurs est réduit au minimum (deux récepteurs), tout en conservant des performances suffisantes. La synthèse du réseau d'antennes afin d'optimiser et de simplifier le processus de commutation démontre la possibilité de mettre en oeuvre un système bas coût et facilement intégrable. Cette approche a été adaptée donc dans un système antennaire actif complet, en bande X et en bande millimétrique. L'objectif de ces prototypes est de valider dans un premier temps cette approche de manière expérimentale, puis de valider le principe de calibration du système afin de traiter les données réelles pour la reconstruction d'images.