Ce travail porte sur l'étude d'antennes agiles en directivité et polarisation, et de leurs circuits d'alimentation. Cette agilité est obtenue au moyen de différents éléments actifs dont les propriétés sont mises à profit pour modifier le fonctionnement électromagnétique des antennes. Des composants semi-conducteurs classiques comme les diodes PIN ou les varactors sont ainsi reportés sur des circuits d'alimentation des antennes selon les techniques MIC (microwave integrated circuit). Une architecture innovante de coupleur reconfigurable à base de varactors est proposée, étudiée et théorisée. Ce coupleur hybride est associé à une antenne à double alimentation orthogonale. Le système complet permet une reconfiguration de la polarisation de l'onde rayonnée par l'antenne, allant d'une polarisation parfaitement linéaire à une polarisation circulaire. Les mesures de cette antenne montrent un rapport axial pour la polarisation circulaire de 0,8dB. Une seconde application proposée permet de réaliser électroniquement une variation sur un angle de 90° de la direction de polarisation d'une antenne. Les mesures montrent qu'une polarisation linéaire de qualité est conservée tout au long de la rotation. Dans une troisième étude, une antenne microruban est associée à deux éléments parasites sur un même substrat. En modifiant la réactance de charge des deux éléments parasites, une reconfiguration du diagramme de rayonnement de l'antenne est observée. Enfin, différentes solutions sont proposées pour alimenter un réseau linéaire. Une première solution utilisant deux coupleurs hybrides en mode réflexion et des diodes PIN permet de réduire le nombre de composants nécessaires à la conception. Un second déphaseur basé sur le coupleur reconfigurable et la méthode de la sommation des vecteurs en quadrature est étudiée. Ce déphaseur est associé à un réseau de deux antennes pour modifier l'angle de focalisation du réseau. Enfin, une solution totalement intégrée sur Silicium haute résistivité à 60 GHz utilisant des composants microsystèmes est étudiée et réalisée grâce au procédé micro-électronique de la société MEMScap. Les déphaseurs utilisent la technique des lignes commutées. Des commutateurs MEMS de type série et parallèles sont conçus, simulés et réalisés. Le système final occupe une place de 0,5*1mm².

Afin de répondre à la demande croissante du nombre d'objets connectés et de débits de données plus élevés, la cinquième génération de réseau mobile (5G) va être déployée.Pour répondre à ces défis, la 5G utilisera le beamforming pour améliorer la qualité de transmission et étendre la couverture du réseau. En raison du manque de spectre RF disponible en dessous de 6 GHz, l'industrie de la téléphonie mobile étudie actuellement les bandes de fréquences millimétriques en particulier autour de 28 GHz. L'utilisation de la technologie CMOS pour les applications 5G apparait prometteuse pour le marché de masse que vise la 5G, d'autant qu'aujourd'hui la miniaturisation des transistors CMOS permet un fonctionnement compétitif aux fréquences millimétriques. Pour répondre à toutes les attentes de la 5G notamment en termes de fiabilité, de nouvelles idées en rupture, avec le self-healing et le self-contained, permettent d’utiliser au maximum les avantages de la technologie CMOS tout en proposant un fonctionnement fiable pou rl’amplificateur. Dans le cadre du self-healing et du self-contained, plusieurs circuits son tintégrés sur silicium tel qu'un amplificateur intégrant un détecteur de puissance totalement non invasif pour le self-healing et un amplificateur équilibré pour le selfcontained. / In order to meet the growing demand for more connected objects and higher data rates,the fifth generation of mobile network (5G) will be deployed. To address thesechallenges, the 5G will use beamforming to improve the transmission quality and extendthe network coverage. Due to the lack of available RF spectrum below 6 GHz, the mobileindustry is studying millimeter wave frequency bands in particular around 28 GHz. Theuse of CMOS technology for 5G applications is promising for the 5G mass market,especially nowadays the miniaturization of CMOS transistors allows competitiveoperation at millimeter frequencies. To meet all the expectations of the 5G especially interms of reliability, new breakthrough ideas, with the self-healing and the selfcontained,allow to use all the benefits of CMOS technology to the maximum whileoffering reliable operation for the amplifier. Within the framework of self-healing andself-contained, several circuits are integrated on silicon such as an amplifier integratedwith a totally non-invasive power detector for self-healing and a balanced self-containedamplifier.

Ces travaux de recherches s’inscrivent dans le cadre d’une amélioration du bilan de liaison des données de télémesures sur les lanceurs spatiaux. Pour cela, un dispositif d’antenne à pointage électronique a été choisi. Celui-ci utilise un réseau de quatre antennes patchs alimentés par un prototype composé d’un diviseur de puissance 1 vers 4 et de quatre déphaseurs. Les états de phases choisis pour chacun des déphaseurs sont 0°, 90° et 180°. Après une étude bibliographique, les meilleurs déphaseurs pouvant assurer cette fonction sont les déphaseurs à base de coupleur hybride. Grâce à l’utilisation de MEMS-RF dans ces circuits, il est n’est pas nécessaire de rajouter des amplificateurs de puissance, car ces composants sont faibles pertes RF et linéaires. Plusieurs topologies de déphaseurs à base de coupleur hybride utilisant ces commutateurs ont été étudiés. D’après cette étude, il a été possible de réduire la taille des circuits sans détériorer les performances RF, ce qui nous a permis d’en choisir deux d’entre eux. Un commande à distance est nécessaire pour ces dispositifs alors une boîte à relais a été choisie pour assurer ce rôle. Le premier prototype est composé d’un diviseur de puissance qui a été commandé et de quatre déphaseurs fabriqués. Le deuxième prototype est entièrement intégré sur puce, ce qui a permis de réduire la surface du dispositif ainsi que d’améliorer les pertes RF. Ces travaux ont donc pu montrer la faisabilité de fabriquer un prototype simple, faible pertes, et linéaire. / These research works is within the context of an improved link budget telemetry data on space launchers. For this device, an electronically steerable antenna was chosen. It uses an array of four patch antennas supplied by a prototype composed of a power splitter 1 to 4 and four phase shifters. For each selected phase shifters, the phase states are 0 °, 90 ° and 180 °.After a bibliographical study, the best phase shifters that can perform this function are the shifters based on hybrid coupler. Thanks to the use of RF-MEMS in these circuits, it is not necessary to add power amplifiers because these components are linear and present low RF losses. Several topologies of phase shifters based on hybrid coupler using RF-MEMS were studied. According to this study, it was possible to reduce the size of circuits without damaging the RF performance, which allowed us to choose two of them. A remote control is needed for these devices to relay box then was chosen for this role. The first prototype consists of a power divider which was commissioned and produced phase shifters. The second prototype is fully integrated on-chip, which has reduced the device surface and improves the RF losses.These studies were able to demonstrate the feasibility to produce a simple linear prototype with low RF losses.

L’objectif de ces travaux est pour d’apporter des solutions innovantes à la réalisation de dispositifs passifs performants et compacts, susceptibles d’intéresser les concepteurs de circuits RF et millimétriques. Ces dispositifs sont basés notamment sur des lignes microrubans à ondes lentes sur substrat structuré, que cela soit sur PCB avec des vias borgnes pour la RF, ou nanostructurés sur membranes à nanofils pour le millimétrique. Les travaux complets comprennent (i) une analyse de la topologie, (ii) un développement du modèle équivalent validée par des simulations électromagnétiques (HFSSTM) et des mesures sur PCB et sur des membranes brésiliennes en millimétrique, (iii) des abaques de conceptions et (iv) des applications à la conception des nouveaux dispositifs passifs miniaturisés. Notre lignes offrent une grande souplesse de conception et peuvent être placées indifféremment sur le substrat structuré sans modification de leurs paramètres électriques. Un nouveau coupleur hybride miniaturisé par l’utilisation de cette ligne est présenté comme une preuve de concept. Pour aller plus loin, une étude comparable des structures de lignes microrubans couplées à ondes lentes est développée. Le principe du couplage sur substrat structuré est d’abord exposé avec une présentation de ses avantages et inconvénients, puis un modèle est également proposé dans le but de réaliser un coupleur co-directif 0-dB miniaturisé par l’utilisation de ces lignes. De plus, un des parties essentielles de ces travaux concerne l’utilisation de la structure microruban à onde lente pour la miniaturisation de dispositifs passifs non-réciproques : un nouvel isolateur microruban compact avec l’introduction de vias dans le ferrite et une nouvelle conception de circulateur miniaturisé sur le substrat ferrite-diélectrique avec un réseau de vias borgnes. / This work focuses on providing innovate solutions into the realization of high-quality and compact passive devices for designer on RF and millimeter-wave bands. These devices are based on slow-wave microstrip lines on structured substrate, either on PCB with blind vias for RF applications, or on metallic nanowire membrane. The complete works include (i) an analysis of topology, (ii) a development of equivalent model validated by the electromagnetic simulations (HFSSTM) and the measurements, (iii) design charts and (iv) applications on design of novel miniaturized passive devices. These transmission lines give the flexibility for designers and capability to be indifferently placed on structured substrate without any impact on their electrical parameters. A novel miniaturized hybrid coupler using this line is proposed, as a proof of concept. In the other hand, a comparable study on the structure of slow-wave coupled microstrip lines is developed. The principal of coupling on structured substrate is shown for their advantages and drawbacks and then an electrical model is also proposed in order to realize a miniaturized 0-dB forward-wave directional coupler using these lines. Moreover, an essential part of this thesis concerns the utilization of the slow-wave microstrip structure to miniaturize the non-reciprocal passive devices: a novel microstrip isolator with the introduction of vias inside the ferrite and a novel design of the miniaturized circulator on a ferrite-dielectric substrate with blind vias.

De nouveaux besoins dans le domaine des télécommunications par satellite ont amené les industriels du secteur à se pencher sur l’optimisation des ressources en créant des systèmes reconfigurables, capables d’adapter leur fonctionnement fréquentiel en cours de mission. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement aux multiplexeurs et à la manière de les rendre agiles à travers les filtres qui les composent ainsi qu’une adaptation de leur architecture.Dans un premier temps, le présent manuscrit dresse l’état de l’art des dispositifs accordables réalisés par les équipes de recherche du monde entier, avant de proposer des solutions mettant en œuvre une topologie de multiplexage à coupleurs hybrides. Dans un second temps, des études sont présentées portant sur une pluralité de concepts de cavités ou d’éléments de couplage accordables. Certains de ces concepts sont ensuite sélectionnés et assemblés afin de former des fonctions de filtrage et de multiplexage accordables. La dernière partie présente ainsi deux multiplexeurs accordables, l’un permettant une reconfiguration en bande étroite, l’autre en bande large, le premier ayant donné lieu à une réalisation expérimentale. / New needs in the field of satellite telecommunications have led manufacturers in the sector to focus on optimizing resources by creating reconfigurable systems able to adapt their operating frequencyplan during the mission. This thesis focuses on multiplexers and how to make them agile through their architecture and the filters that compose them.This manuscript starts by realizing the state of the art oftunable filtering devices through analysis of contributions made by research teams around the world. Based on this state of art,solutions to the problematic are proposed using a hybrid coupler multiplexing topology. Then studies are presented on various tunable cavities or coupling elements concepts. Some of these concepts have been selected and assembled to form tunable filtering and multiplexing functions. The last part thus presents two tunable multiplexers, allowing narrowband or broadband reconfiguration. An experimental realization has also been conducted on the narrowband version.