Cette thèse porte sur l'étude et l'intégration en technologie SOI CMOS d'un circuit amplificateur de puissance multimode multibande (MMPA) reconfigurable capable d'adresser les modes 2G/3G/4G sur plusieurs bandes de fréquences. Les modules MMPA actuels (modules hybrides) reposent sur l'utilisation de plusieurs technologies, en particulier la technologie GaAs en ce qui concerne les chaines d'amplification, et représentent une part importante du coût et de l'encombrement d'une tête d'émission radiofréquences. La solution originale proposée dans cette thèse représente une avancée significative en termes d'intégration par rapport à l'état de l'art et les premiers résultats mesurés démontrent la pertinence de l'architecture proposée. Une étude sur l'optimisation du rendement énergétique au niveau de l'étage de puissance en présence de signaux modulés en amplitude et phase de type 3G et 4G est également proposée. Cette étude adresse les potentialités des techniques de modulation de la charge et de l'alimentation et permet de comparer les deux approches.Après une présentation du contexte et de l'état de l'art, une méthodologie de conception originale reposant sur l'étude de différentes classes de fonctionnement est proposée. Cette méthodologie permet en particulier de pré-dimensionner les cellules de puissance reconfigurables ainsi que leurs impédances de source et de charge en fonction des contraintes de puissance et de linéarité dans les différents modes pour avoir le meilleur rendement. Elle permet aussi de choisir les topologies de réseaux d'adaptation accordables pertinentes.Ces études ont conduit à la réalisation de deux démonstrateurs intégrés en technologies SOI CMOS 130 nm. Le premier prototype est un amplificateur multimode et multibande reconfigurable à deux étages capable de fonctionner en mode saturé et en mode linéaire pour des bandes de fréquence situées entre 700MHz et 900MHz. L'architecture proposée est composée d'un étage de puissance reconfigurable constitué de deux cellules de puissance de type LDMOS pouvant être activées ou non en fonction du mode adressé. Différents réseaux d'adaptation accordables à base de capacités commutées utilisant des transistors NMOS à body flottant permettent une optimisation des performances du MMPA en fonction du mode et de la bande de fréquence. Avec ce prototype, des puissances de sortie de 35dBm en mode saturé et 30dBm en mode linéaire ont été mesurées avec des rendements correspondants supérieurs respectivement à 58% et 47%. Par rapport aux simulations initiales, des différences ont été observées puis analysées afin d'en identifier l'origine. Notamment, la surestimation du facteur de qualité des capacités MOM dans les réseaux de capacités commutées et des interconnections sous optimales sont la cause des écarts observés.Le deuxième prototype est un amplificateur de puissance à modulation de charge passive intégrée. Cet amplificateur repose sur une cellule de puissance de type LDMOS associée à un réseau d'adaptation accordable à base de capacités commutées capables de supporter une puissance supérieure à 33dBm. Ce réseau permet de présenter à l'étage de puissance une trajectoire de charge optimale en fonction de la puissance de sortie. Avec ce prototype, une amélioration du rendement supérieure à 55% par rapport à la configuration utilisant une charge constante a été mesurée pour un recul en puissance compris entre 7dB et 11dB. / This work focuses on the study and integration of a reconfigurable multi-mode multi-band power amplifier (MMPA) supporting 2G/3G/4G at several frequency bands in SOI CMOS 130nm technology. Current hybrid MMPA modules take advantage of multiple technologies, in particular GaAs for power devices. This adds to the cost and complexity of radiofrequency front-end modules. The original solution presented in this thesis is a significant step toward the integration of MMPA compared to the state of the art and initial results illustrates the relevance of the proposed architecture. A study on PA efficiency under 3G / 4G modulated signals is also presented by comparing load and supply modulation PA architectures.First, the context and state of the art are presented. A design methodology based on the study of different operating classes is then presented, which allows pre-sizing of power cells and optimal load impedance determination for high efficiency reconfigurable PA design.The proposed PA design methodology led to the implementation of PA demonstrators integrated in SOI CMOS 130nm technology. The first demonstrator is a two stage reconfigurable MMPA operating from 700MHz to 900MHz and supporting saturated and linear modes. The power stage comprises two SOI LDMOS power cells that are activated according to the desired mode. Tunable matching networks based on switched capacitor arrays allow optimization of the MMPA performance according to the mode and band. The measured prototype delivers up to 35dBm of output power in saturated mode with more than 58% efficiency. In linear mode, the measured output power exceeds 30dBm with efficiency higher than 47%. Compared to initial simulations, some differences were observed. In particular, underestimation of losses associated with MOM capacitors and sub-optimal interconnections are the root cause of the observed discrepancies.The second demonstrator is a passive load modulation PA architecture. It includes a SOI LDMOS power cell and a tunable matching network made of high power binary weighted switched capacitor arrays. The tunable matching network allows presenting an optimal load trajectory to the PA in order to maximize its back-off efficiency. Measured efficiency enhancement is higher than 55% compared to a fixed load configuration for 7dB to 11dB power back-offs.

De nos jours, il existe de nombreuses antennes de radiogoniométrie UHF large bande ou multibandes, néanmoins très peu d’entre elles permettent une couverture angulaire 3D. A notre connaissance, la première antenne de radiogoniométrie 3D fût étudiée dans les années 1960, par une équipe de l’université du Michigan. Composée de 17 capteurs positionnés sur une surface hémisphérique, sa taille et son nombre d’éléments en font un dispositif encombrant et complexe à utiliser. De récentes études ont proposé une autre approche basée sur la mesure multicomposante du champ électromagnétique, permettant de réduire la taille des antennes et le nombre d’éléments tout en conservant une couverture angulaire 3D. Cependant, à ce jours, seul des systèmes HF (3MHz-30MHz) ou bande étroite ont été abordés. Cette thèse porte donc sur l’étude et le développement d’une antenne vectorielle UHF multibande appliquée à la radiogoniométrie 3D pour des ondes transverses magnétiques. Tout d’abord, deux techniques de goniométrie adaptées à cette approche sont confrontées : une nouvelle technique basée sur la décomposition en harmonique sphérique du rayonnement de l’antenne qui permet de recomposer le champ électromagnétique reçu à partir d’échantillons mesurés et un algorithme bien connu, MUSIC. Une méthodologie de conception est proposée, en identifiant les critères physiques des antennes vectorielles qui influent sur leurs performances à savoir la précision d’estimation, la sensibilité, le nombre d’éléments et l’encombrement. Cette méthode est utilisée pour développer et réaliser une première antenne vectorielle monobande. La caractérisation de cette antenne réaliste permet d’écarter la première technique de traitement dont les performances sont trop sensibles aux perturbations de rayonnement. Une antenne vectorielle bibande compacte, d’un rayon de λ/4 et d’une hauteur de λ/5.5 à la fréquence la plus basse, composée de seulement six éléments rayonnants couvrant chacun les bandes de fréquences GSM [890MHz-960MHz] et [1710MHZ-1880MHz] est ensuite développée en se basant sur cette méthode de conception. Les capteurs électriques et magnétiques constituant l’antenne sont étudiés séparément puis assemblés selon une répartition spatiale planaire pour restreindre l’encombrement. Les structures rayonnantes sont communes pour les deux bandes de fréquences ce qui permet réduire le nombre d’éléments ainsi que les éventuelles perturbations de rayonnement. Après la caractérisation de l’antenne bibande au travers de simulations numériques, un prototype est réalisé et ses performances d’estimation sont mesurées en chambre anéchoïque afin de valider l’approche par simulation. La sensibilité obtenue est de -110dBW/m² (85μV/m) pour une précision de 5° RMS. Enfin l’étude est élargie au cas général d’antennes multibandes en illustrant le processus d’extension de la couverture fréquentielle par l’ajout d’une troisième bande, [400MHz-430MHz]. Six nouveaux éléments sont donc développés et intégrés aux capteurs GSM existants afin d’obtenir une antenne tribande d’un rayon de λ/3.2 et d’une hauteur de λ/12.5 à 400MHz. Malgré une légère augmentation de l’erreur d’estimation, causée par la présence de ces nouveaux éléments, la caractérisation de cette nouvelle antenne tribande montre de bonnes performances d’estimation avec une sensibilité de -105dBW/m² (155μV/m) pour une précision de 5° RMS. / Nowadays, a lot of wideband or multiband direction finding antennas operating in the UHF band exist. Nevertheless, only few of them allow to estimate the direction of arrival in the full 3D space. At the author’s knowledge, the first 3D direction finding antenna was studied in the 1960s, at the University of Michigan. Composed of 17 sensors, located on a large hemispherical surface, this antenna is bulky and complex to use. Recently, some studies have proposed another approach based on the multicomponent measurement of the electromagnetic field that allows to decrease the antennas size and the number of radiating elements without reducing the 3D angular coverage. However, only HF (3-30MHz) or narrowband systems have been reported. The objective of this PhD is to study and to develop an UHF multiband vector sensor applied to the estimation of the direction of arrival of transverse magnetic waves in the full 3D space. Firstly, two signal processing techniques adapted to this approach are compared : a new technique based on the spherical harmonic decomposition of the antenna radiation which allows to recompose the received electromagnetic field from the measured samples and a well-known high resolution algorithm called MUSIC. A design methodology allowing to identify the physical criteria of vector sensors related to the antenna performances such as the estimation accuracy, the sensitivity, the number of elements and the antenna size is proposed. This method is used for developing and designing a first single-band vector sensor. The results obtained from numerical simulations allow to rule out the first signal processing technique which is too sensitive to the radiation perturbations. Then, a compact dual-band vector sensor operating in the GSM frequency band, [890MHz-960MHz] and [1710MHZ-1880MHz], is developed by using the same design methodology. The antenna size is λ/4 in radius and λ/5.5 in height at the lowest frequency. The electric and magnetic elements which compose the vector sensors are designed separately and then combined according to a planar spatial distribution to retain a compact antenna size. The same radiating structures are used for operating in the two frequency bands in order to reduce the number of elements and the eventual radiation perturbations. After the performances assessment through numerical simulations in each band, a prototype is manufactured and its estimation performances are measured for a validation purpose. The sensitivity is -110dBW.m−2 (85μV.m−1) for a 5◦ RMS angular accuracy. Finally, the study is extended to the general case of multiband antennas by adding a third band, [400MHz-430MHz]. New elements are developed and incorporated into the dual-band GSM sensors to obtain a tri-band vector sensor. The size of this new antenna is λ/3.2 in radius and λ/12.5 in height at 400MHz. Despite a slight increase of the angular errors in the estimation of the direction of arrival caused by the presence of the new antenna elements, the characterization of the tri-band sensor performances by simulation show a good accuracy with a sensitivity valued at -105dBW.m−2 (155μV.m−1) for a 5◦ RMS angular accuracy.

Cette thèse propose une méthode de caractérisation morphologique multibande des galaxies. Ces dernières ont commencé à évoluer et à interagir très tôt dans l'histoire de l'Univers: leurs formes dans les différentes parties du spectre électromagnétique représentent donc un traceur important de cette histoire. Ce travail propose une organisation hiérarchique de modèles, allant de la description des structures dominantes (bulbe et disque) aux composantes les plus fines (bras spiraux, anneaux, ...). Elle permet d'aboutir à une description des galaxies de haut niveau sémantique, chaque modèle réalisant une décomposition multibande de l'image en composantes astrophysiques interprétables par les astronomes. Les modélisations proposées innovent par l'intégration d'un filtre adaptatif appliqué sur les observations, dont les paramètres sont estimés conjointement avec ceux des composantes de la galaxie. L'estimation des paramètres des modèles est effectuée dans un contexte bayésien et résolue à l'aide d'algorithmes d'optimisation stochastique (algorithmes de Monte Carlo par chaines de Markov). La rapidité des algorithmes est améliorée grâce à des techniques d'échelles et de directions adaptatives, ainsi qu'à une version multi-températures du recuit simulé. En outre, les développements concernant la théorie des arbres de composantes connexes permettent la mise au point d'algorithmes non paramétriques multibandes, efficaces et robustes pour la réalisation des pré-traitements nécessaires à la mise en oeuvre de la décomposition en structures. Cela a notamment abouti à des avancées dans la théorie des hyperconnexions et des représentations sous forme d'arbres de composantes hyperconnexes. Les performances des méthodes proposées ont été évaluées sur un ensemble conséquent d'environ 1 500 galaxies et discutées avec les astronomes: elles montrent clairement la pertinence et la robustesse de la méthode. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles classifications prenant en compte la signature multibande des galaxies spatialement résolues.

Un développement technologique rapide dans le domaine de télécommunication, qu'il s'agisse de la téléphonie mobile, des réseaux sans fils, de la télévision par satellites, ou des applications radar (civiles ou militaires)...etc. est observé. Cet essor considérable a engendré d'énormes besoins et entraîne une évolution technologique majeure au niveau des antennes. Ces dernières doivent faire face aux différentes exigences, à savoir l'augmentation du gain, l'élargissement de la bande passante… et aux différents problèmes existant, à savoir le coût, l’encombrement…etc. Notre objectif est donc de concevoir des topologies d’antennes simples, à faible encombrement et à gain relativement élevé avec un fonctionnement multibande et/ou ultra large bande. Pour cela nous nous sommes orientés vers des antennes à résonateur diélectrique (ARD) dans les bandes UHF et SHF. Récemment, elles ont fait l’objet de plusieurs recherches et ont acquis un grand intérêt du monde académique et industriel. Les ARDs, par leurs simples et diverses géométries, peuvent être alimentées par différentes usuelles techniques. En outre, leurs tailles peuvent être plus petites que leurs homologues à savoir les antennes imprimées. Une première partie de ce travail s’est concentré sur l’étude des ARDs de forme cylindrique, puis une validation de l’outil de simulation par comparaison avec la mesure. En vue d’une utilisation multistandards, d’un élargissement des bandes de fonctionnement ou d’une modification de la fréquence, une seconde partie a été consacrée à l’étude de nouvelles topologies de résonateurs basées sur un empilement vertical et radial de deux cylindres, une topologie en multicouche et en anneau. Les résultats obtenus trouvent leurs applications dans le GSM900-DSC1800, UMTS, WIFI… / A fast technological development in the telecommunications domain, as mobile telephony, wireless networks, TV over Satellite, Radar Applications (civil or military)…etc, is observed. This considerable growth has led to enormous needs and caused a major technological evolution in antennas. These have to face different needs such as gain improvement, bandwidth enlargement, and different existing problems, such as cost and overcrowding…etc. Though, our goal is to design antenna topologies that are simple, having Low overcrowding and relatively with high gain operating in multiband and/or ultra large. To achieve this we headed to Dielectric Resonator Antennas (DRA) in UHF and SHF bands. Recently they have been the subject of several studies and have gained great interest from both academic and industrial sectors. Due to their diverse and simple geometries, they can be fed with different usual techniques. Furthermore, they can be smaller than patch antennas. The first part of this work has focused on the study of cylindrical DRAs, and then a validation of the simulating tool has been done after comparison with measurement results. For a multi-standard utilization, enlargement antennas’ operating bands, to have bi-band behaviour, get a modification of the resonant frequency and also a reduction of the overcrowding, the second part is dedicated to the study of new resonator topologies based on a vertical and radial stack of two cylinders, and then a multilayer and ring topologies. The obtained results found their applications in GSM900-DCS1800-UMTS-WiFi…