La radiogoniométrie consiste à mesurer l’angle d’incidence de signaux électromagnétiques. Elle a pour applications principales le contrôle du spectre et la guerre électronique. Dans le domaine des réseaux d’antennes pour la radiogoniométrie, de nouvelles problématiques sont apparues alors que les algorithmes de traitement d’antenne se perfectionnent. Ces dernières concernent la largeur de bande, la compacité et la diversité de polarisation. De précédents travaux ont initié la démarche de conception de telles antennes et réseaux pour la radiogoniométrie. L’objectif de ce travail de recherche a consiste en premier lieu a proposer une antenne de dimensions réduites opérant dans les bandes V/UHF et présentant une diversité de polarisation. Par la suite, il s’est agi de concevoir un réseau fonctionnel de radiogoniométrie intégrant l’antenne développe. Une antenne planaire de dimensions 150mm x 150mm (λ/4 x λ/4) a alors été conçue et réalisée entre 500 MHz et 3000 MHz. Sa mise en réseau permet des performances angulaires de l’ordre de 2° et moins sur la même bande pour des dimensions de 260mm (diamètre) x 150mm (hauteur) soit λ/2,3 x λ/4. Par la même occasion, un absorbant de faible épaisseur (25mm soit λ/24) a été développé et mesuré. Il permet une augmentation du rapport avant/arrière d’au moins 10dB de l’antenne développe sur sa bande de fonctionnement. / Radio direction finding (DF) allows for the measurement of the direction of arrival of incoming electromagnetic signals. Its main applications include spectrum monitoring and electronic warfare. DF antennas and arrays are subject to new problematics (bandwidth, compactness and polarization diversity) while DF algorithms have kept on improving. Previous works have initiated the design of such antennas and arrays. This work aims at designing an antenna with reduced dimensions for the VHF and UHF frequency bands and with a polarization diversity. This antenna shall then be integrated in a functional DF array. For this purpose, a planar antenna has been designed and measured in the 500-3000 MHz frequency band. Its final dimensions are 150mm x 150mm (λ/4 x λ/4). This antenna has then been integrated in the final DF array whose accuracy on the same frequency band is of the order of 2° for a final size of 260mm (diameter) x 150mm (height), that is λ/2,3 x λ/4. This study has also allowed for the design of a low-profile absorber (with a height of 25mm, that is λ/24 at its lowest frequency of operation). An increase of 10dB in the front to back ratio of the proposed antenna has been enabled by this absorber on its whole frequency band.

Depuis plusieurs années, le domaine des télécommunications et des nouvelles technologies connaît un véritable essor. On assiste aujourd'hui à un engouement sans précédent du grand public pour les applications de communication multimédia (données, voix, photos, vidéos) et la demande est de plus en plus forte pour un transfert à haut débit entre des équipements communicants mobiles et à encombrement réduit. De plus, que le mode d'utilisation soit nomade ou sédentaire, les technologies radio sans fils (Bluetooth, WiFi, GPRS, UMTS, WiMax) connaissent un grand succès. Pour répondre à ces besoins croissants de communication sans fils à haut débit, les futures générations d'équipements vont faire appel à des antennes de plus en plus performantes. Celles-ci devront fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences ou sur une large bande. Mais elles devront aussi, pour des raisons pratiques et esthétiques, être intégrées aux systèmes radio, ce qui requiert la mise au point de structures compactes, discrètes et n'ayant pas de problèmes de compatibilité électromagnétique avec les circuits électroniques environnants. Pour répondre à ces différents objectifs, nous avons axé notre recherche sur les antennes tridimensionnelles qui offrent un grand nombre de degrés de liberté. Mais ces structures sont souvent complexes car elles comportent de nombreux paramètres. Afin de mieux les appréhender, nous proposons dans cette thèse d'élaborer une démarche de conception de ces antennes. Ainsi, nous commençons par l'étude systématique d'une antenne canonique constituée d'un dipôle placé à proximité d'une cavité métallique rectangulaire. L'effet des différents paramètres est analysé afin de mettre en évidence l'importance relative de chacun d'entre eux et de proposer ainsi une démarche de conception pour optimiser la bande passante et le rayonnement de l'antenne. Dans un deuxième temps, nous présentons la conception d'une antenne tridimensionnelle compacte, large bande et directive, l'antenne "sonde en F et triangle", qui offre l'avantage de présenter un diagramme de rayonnement stable en fréquence. Puis, fort de l'expérience acquise sur l'antenne dipôle, nous procédons de nouveau à une étude de l'influence sur l'impédance des différents paramètres de cette antenne complexe. Celle-ci permet d'élaborer une méthodologie de conception simple, rapide, efficace et générale. Nous pouvons ainsi optimiser l'antenne "sonde en F et triangle" et atteindre une bande passante en adaptation comprise entre 3.1 et 6.1 GHz. Le diagramme de rayonnement de cette antenne est stable sur la bande passante et le gain moyen de cette antenne est de 6 dB. Une caractérisation dans le domaine temporel est ensuite proposée afin de connaître le comportement de l'antenne dans une communication UWB. Enfin, l'antenne "sonde en F et triangle" est mise en cavité afin d'étudier ses propriétés lors de l'intégration dans un système radio. Des analogies et différences entre cette antenne complexe et le système {dipôle et cavité} sont également mises en évidence.

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Thèse de doctorat--Électronique et communications--Paris--ENST, 2005. / Bibliogr. p. 97-105. Résumés en anglais et en français.

Reproduction de : Thèse doctorat : Génie électrique : Pau : 2008. / Titre provenant de l'écran titre.

Cette thèse s'intéresse à la conception d'antennes ultra large bande reconfigurables. Cette étude a été motivée par le souhait de regrouper l'ensemble des antennes d'observation présentes sur les satellites en un panneau rayonnant unique afin de pouvoir réduire la taille de ces derniers. Les travaux présentés dans ce mémoire sont donc principalement axés sur la conception d'antennes spirales et sur les améliorations qui peuvent leur être apportées. Ainsi, une nouvelle topologie d'antenne spirale carrée reconfigurable en un réseau de quatre antennes spirales carrées plus petites sur la même ouverture rayonnante est exposée. Cette reconfiguration permet d'augmenter l'efficacité de surface de la structure tout en offrant de nouvelles possibilités d'utilisation à l'antenne et en améliorant ses performances. Les caractéristiques et les performances des deux configurations en états figés sont détaillées. Les maquettes réalisées et les résultats de mesure sont également présentés afin de valider le fonctionnement de l'antenne. Ensuite, différentes améliorations de cette structure sont présentées ainsi qu'une application possible. Enfin, une solution permettant d'améliorer le fonctionnement des antennes spirales imprimées au-dessus d'un plan de masse est décrite. En effet, cette solution permet de supprimer un nul de rayonnement lorsque l'antenne se situe à une demi-longueur d'onde du plan de masse. Sa bande passante d'utilisation peut ainsi être potentiellement doublée sans perdre la moitié de l'énergie comme avec l'utilisation d'absorbants. Cette technique consiste à ajouter un élément rayonnant parasite au-dessus de l'antenne. Cet élément est excité par couplage à l'antenne spirale et rayonne à la fréquence du nul de rayonnement. Cet élément étant faible bande, il ne dégrade pas le fonctionnement de l'antenne aux autres fréquences de la bande passante. Une structure utilisant ce concept a été réalisée afin de valider son fonctionnement.

Les besoins techniques et opérationnels des porteurs navals, terrestres et aériens conduisent à la conception et à l'implantation d'un nombre de plus en plus élevé d'antennes dédiées aux communications. Parallèlement, les matériaux composites sont utilisés depuis de nombreuses décennies dans les panneaux structuraux de ces porteurs en raison de leurs qualités naturelles (légèreté, performances mécaniques élevées, insensibilité à la corrosion…). L'objet de ce manuscrit concerne l'étude et le développement de matériaux composites pour des applications antennaires en hyperfréquences. Après un recensement exhaustif des caractéristiques diélectriques des différents éléments constitutifs de ces matériaux composites, la caractérisation diélectrique des matériaux composites fabriqués au Laboratoire a été réalisée via deux méthodes distinctes dans deux bandes de fréquence différentes. Parallèlement, la caractérisation électrique des tissus à base de fibres de carbone a permis d'évaluer leur possible utilisation dans la fabrication des éléments rayonnants. Dans un premier temps, deux topologies antennaires « tout composite » de géométrie carrée à base de tissus de fibres de carbone, de fibres de verre et de résine (polyester ou époxy) ont été conçues, fabriquées et caractérisées. Leurs performances similaires à celles d'antennes métalliques de référence démontrent tout l'intérêt de l'utilisation des matériaux composites en hyperfréquences. Puis, trois topologies antennaires ultra large bande en matériaux « tout composite » ont été développées spécifiquement dans le cadre du projet FUI SAMCOM (/Systèmes Antennaires en Matériaux COMposites/). La première de type Rugby-Ball couvre une octave et demi avec un gain positif et un encombrement limité à λ/4 x λ/4 x λ/10 (longueur x largeur x hauteur). La seconde configuration volumique de type dipôle et d'encombrement λ/3 x λ/3 x λ/10 couvre deux octaves et demi avec un gain toujours positif. Enfin, la troisième de structure planaire a été développée spécifiquement pour la réception de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) et sera, à terme, intégrée dans un panneau structural d'un véhicule. / The technical and operational requirements of naval, terrestrial and aerial vehicles lead to the design and installation of a great number of antennas for communications. At the same time, composite materials have been used for many decades in structural panels of vehicles for their intrinsic qualities (lightness, high mechanical performance, insensitivity to corrosion ...). The purpose of this manuscript is the study and engineering of composite materials for antenna applications at microwaves. After an exhaustive survey of the dielectric characteristics of the various elements of composite materials, dielectric characterization of composite materials manufactured in the Laboratory was carried out using two different methods in two different frequency bands. Meanwhile, an analysis of their conductive characteristics allows carbon-fiber tissues to be used in the design of radiating elements. First, two "full-composite" square shaped antennas based on carbon-fiber tissues, glass-fiber tissues and polyester or epoxy resin have been developed, fabricated and measured. Their performance, similar to that of reference metal antennas demonstrates their relevance for microwave applications. Then, three different topologies of ultra wideband "full-composite" antennas have been specifically developed for the SAMCOM (/Antenna Systems in COMposite Materials)/ FUI project. The first, a Rugby-Ball shaped antenna, has one octave and a half of bandwidth with a positive gain and λ/4 x λ/4 x λ/10 dimensions (length x width x height). The second, a 3D dipole antenna with λ/3 x λ/3 x λ/10 dimensions, has two octaves and a half of bandwidth also with a positive gain. At last, the third antenna with a planar structure has been specifically developed for the reception of digital terrestrial television (DTT) and will be, at the end, integrated into a structural panel of a terrestrial vehicle.

Cette thèse s’intéresse à la conception d’antennes ultra large bande reconfigurables. Cette étude a été motivée par le souhait de regrouper l’ensemble des antennes d’observation présentes sur les satellites en un panneau rayonnant unique afin de pouvoir réduire la taille de ces derniers. Les travaux présentés dans ce mémoire sont donc principalement axés sur la conception d’antennes spirales et sur les améliorations qui peuvent leur être apportées. Ainsi, une nouvelle topologie d’antenne spirale carrée reconfigurable en un réseau de quatre antennes spirales carrées plus petites sur la même ouverture rayonnante est exposée. Cette reconfiguration permet d’augmenter l’efficacité de surface de la structure tout en offrant de nouvelles possibilités d’utilisation à l’antenne et en améliorant ses performances. Les caractéristiques et les performances des deux configurations en états figés sont détaillées. Les maquettes réalisées et les résultats de mesure sont également présentés afin de valider le fonctionnement de l’antenne. Ensuite, différentes améliorations de cette structure sont présentées ainsi qu’une application possible. Enfin, une solution permettant d’améliorer le fonctionnement des antennes spirales imprimées au-dessus d’un plan de masse est décrite. En effet, cette solution permet de supprimer un nul de rayonnement lorsque l’antenne se situe à une demi-longueur d’onde du plan de masse. Sa bande passante d’utilisation peut ainsi être potentiellement doublée sans perdre la moitié de l’énergie comme avec l’utilisation d’absorbants. Cette technique consiste à ajouter un élément rayonnant parasite au-dessus de l’antenne. Cet élément est excité par couplage à l’antenne spirale et rayonne à la fréquence du nul de rayonnement. Cet élément étant faible bande, il ne dégrade pas le fonctionnement de l’antenne aux autres fréquences de la bande passante. Une structure utilisant ce concept a été réalisée afin de valider son fonctionnement. / This thesis focuses on the design of ultrawideband reconfigurable antennas. The objective of this study is to integrate all the antennas of observation on satellites into a single radiating panel and make it reconfigurable. Works presented in this document are focused on the design of spiral antennas and on their possible improvements. Thereby, a new topology of square spiral antenna reconfigurable into an array of four smaller square spiral antennas is shown. This reconfiguration allows increasing the surface efficiency of the structure while offering new possibilities of utilization to the antenna and improving its performance. Characteristics and performance of both configurations in frozen states are presented. Breadboards and measurements are also presented in order to validate the functioning of the antenna. Then, several improvements of this structure are studied and a possible application. Finally, a solution for improving the functioning of spiral antennas printed over a metallic ground plane is presented. This solution permits to remove a null of radiation when the distance between the antenna and the ground plane is a multiple of the half wavelength. In this way, its bandwidth can be doubled without losing the half of the energy like with absorbers. This technique consists in adding a parasitic radiating element over the antenna. This element is fed by coupling to the spiral antenna and radiates at the frequency of the null of radiation. This element is narrowband, so antenna performance remains unchanged at the other frequencies of the bandwidth. A structure using this concept has been made in order to validate its functioning.

Cette thèse a fait partie du projet MIMOC (Méthodes d'Intégration et de Miniaturisation d'Objets Communicants) qui a été mené à terme en partenariat avec le laboratoire IM2NP de Marseille, la société InsightSiP à Sophia Antipolis et Orange Labs La Turbie. Le projet cible les systèmes de transmission par impulsions occupant une très large bande de fréquences (signaux Ultra Large Bande : ULB). Au sein de ce projet, les travaux de cette thèse ont été concentrés sur le développement, la miniaturisation et l'intégration des antennes dans des systèmes de communications ULB conformes aux normes Américaines (FCC :3.1-10.6 GHz) et Européennes (ECC : 6-8.5 GHz). Le développement d'une antenne consiste à en maîtriser les différents paramètres en analysant leurs influences sur l'adaptation et le rayonnement de celle-ci. Une étude préliminaire a permis de créer une base de données qui a été utilisée par la suite dans les différentes phases du projet afin de réadapter l'élément en fonction de l'évolution de son environnement. Un élément rayonnant imprimé constitué de plusieurs étages rectangulaires, alimenté par la ligne ground coplanaire (GCPW), adapté dans la bande de fréquence FCC, a servi de base d'étude. Cette antenne a été étudiée dans deux configurations correspondant à deux types d'applications : un format carte de crédit et un format clé USB, principalement distinguées par leur encombrement lié à la largeur des plans de masse. L'étude a débuté avec une structure à plan de masse large et a été suivie, dans une deuxième phase, par des travaux de miniaturisation. La miniaturisation consiste à réduire la largeur des plans de masse en modifiant la géométrie de la structure afin de conserver ses performances radioélectriques. Plusieurs techniques ont été étudiées, notamment la réduction de l'encombrement par repliements 2D et 3D. La technique la plus efficace fut celle basée sur l'insertion de découpes au niveau des plans de masse latéraux ainsi qu'au niveau des plans de masse inférieurs. Une bonne maîtrise des dimensions de ces encoches a permis d'obtenir une structure réduite d'un facteur 5 avec une bonne adaptation sur toute la bande de fréquences. Ces structures ont ensuite été réalisées et les prototypes ont été caractérisés. La caractérisation s'est déroulée lors de plusieurs campagnes de mesures au LEAT et à Orange Labs à La Turbie. Un banc de test a été entièrement développé et des mesures dans les domaines temporel et fréquentiel ont permis d'extraire les performances des antennes : gain, diagramme de rayonnement, réponse impulsionnelle, facteur de fidélité, etc. La capacité d'une transmission à travers ces prototypes a été vérifiée en environnement réel. Des débits allant jusqu'à 500Mbits/s ont été atteint. La troisième phase des travaux a consisté à modéliser une puce génératrice d'impulsions ULB et l'intégrer en l'assemblant avec l'antenne dans un système. Cette étude a été réalisée dans la bande ULB européenne ECC. Un nouvel élément imprimé et miniaturisé adapté dans cette bande de fréquences a du être conçu. La puce a totalement été modélisé et paramétrée de façon à ce qu'elle soit prise en compte lors de la conception du système. Le projet MIMOC a été achevé avec succès. Le bon partenariat avec tous les membres s'est avéré très constructif et a permis de réaliser le codesign de la partie "antenne" et de la partie "microélectronique". Suite à ces travaux, un autre projet qui consiste à développer des systèmes communicants en contact avec le corps humain (RUBY) vient de démarrer.

De par son approche nouvelle, la radio impulsionnelle ultra large bande (UWB-IR) est porteuse de nombreuses promesses en termes de débit, de robustesse et de faible consommation. Du fait de sa largeur de bande (supérieure à 500 MHz), elle offre également la possibilité de faire de la géolocalisation avec une précision submétrique. Ce travail de thèse a débuté alors que les premières publications sur l'UWB présentaient des résultats de simulation extraordinaires. Afin de mieux cerner son réel potentiel dans le domaine des communications bas débit auquel l'UWB-IR semble particulièrement adaptée, cette étude a été orientée vers la réalisation matérielle d'une chaîne de communication, sous-tendue par la contrainte de forte réduction de complexité. Cette étude commence par la spécification d'une couche physique adaptée à la technologie et au domaine d'application envisagé, qui repose sur un schéma de transmission très simple. La plate-forme d'émission réalisée est basée sur une architecture très simple et des composants discrets de bas de gamme. Elle démontre ainsi la possibilité d'embarquer une telle structure dans un objet communicant autonome de faible coût. La chaîne de réception suit une approche originale basée sur un détecteur d'enveloppe et un comparateur à seuil variable, ce qui permet de relâcher certaines contraintes bloquantes comme celles liées à l'acquisition de synchronisation. Un ensemble d'algorithmes de réception à faible complexité permet d'exploiter au mieux cette structure de détection en levant différents verrous technologiques. Par ce travail, une réflexion globale sur un système UWB-IR bas débit a été menée et a abouti à la réalisation d'un lien radio physique qui démontre la viabilité technique de cette technologie en rupture. De plus, les résultats obtenus ont été la base d'une proposition complète portée en normalisation.