▼ 

Les antennes multifaisceaux (AMFs) sont cruciales pour les applications de télécommunications par satellite modernes et futures, civiles et militaires. La partie basse du spectre électromagnétique est saturée alors que de larges bandes de fréquences sont disponibles dans la bande Ka, dans laquelle des missions à très-haut débit ont émergées au cours de la dernière décennie. La tendance consiste à réduire la taille des spots pour les couvertures multi-spots afin de diminuer le prix des satellites. Ainsi des antennes d’ouverture de plus en plus grande électriquement sont requises, induisant des ruptures technologiques majeures. Les lentilles de Luneburg insérées dans un guide d’ondes à plans parallèles (GOPP) deux plaques métalliques parallèles (PMPs) sont des solutions attractives pour illuminer les AMFs, puisqu’elles peuvent aboutir à des formateurs de faisceaux de bande et champ de visée larges, pertes et coûts faibles, et simples à concevoir, réaliser et intégrer. Les travaux de cette thèse portent sur le développement de nouvelles méthodes d’implémentation et sur la conception de AMFs à base de lentille de Luneburg. La réalisation de la lentille de Luneburg est connue pour être un défi technologique majeur. Un état de l’art des méthodes de réalisation est fourni. Ensuite, deux nouvelles méthodes sont proposées, ainsi qu’une méthode et des outils de conception. La première méthode de réalisation consiste en une matrice périodique et régulière de plots métalliques de taille inférieure à la longueur d’onde, et où la séparation du GOPP varie. La hauteur des plots et la séparation du GOPP contrôlent la valeur de l’indice de réfraction équivalente. L’antenne à 9 faisceaux tout métal conçue, fabriquée et mesurée, comporte 8314 plots et présente d’excellentes performances, notamment meilleures que sa version à séparation de plaques constante. La seconde méthode de réalisation consiste en une matrice périodique et régulière de trous circulaires de taille inférieure à la longueur d’onde réalisés sur un des deux revêtements cuivrés d’un substrat diélectrique plus une plaque métallique supérieure séparée du plan des trous par une couche d’air d’épaisseur fixe. L’antenne à 5 faisceaux conçue comporte 2696 trous et présente de très bonnes performances comparés à ces semblables dans la littérature.

Multi-beam antennas (MBAs) are crucial to modern and future, civilian and military satellite telecommunications applications. The low part of the electromagnetic spectrum is congested, while wide band of frequencies are available in the Ka-band, in which broadband missions have emerged in the last decade. The trend is reducing the size of spots in multi-beam coverage to reduce the cost of satellites, hence more electrically large antennas are needed, with major technological breakthrough as a consequence. Luneburg lenses in parallel-plate waveguide (PPW) are attractive solutions to excite MBAs, since they could lead to wide band and field-of-view, low loss and cost, easy to design, manufacture and accommodate Beam Forming Networks.…

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

Récemment la bande 60 GHz a été mise en avant pour le développement des réseaux de communication sans fil centrés sur le corps humain. Cet intérêt de la bande 60 GHz pour les applications BAN (Body Area Network) s'explique par les avantages clefs qu'elle procure par rapport aux bandes de fréquence plus basses (possibilité de débits de données supérieurs à 7 Gbit/s, réduction des interférences avec les réseaux voisin, compacité des dispositifs, etc). Le nombre d'application de communication BAN est amené à croître dans les années à venir avec le déploiement de la 5ème génération de réseaux de télécommunications mobiles. Afin de protéger efficacement les utilisateurs des expositions générées par ces applications BAN à 60 GHz, il est nécessaire de se pencher sur les problématiques de réduction du couplage corps/antennes, mais également sur l'évaluation et la quantification du niveau d'exposition du corps à 60 GHz. Pour cela, les travaux de thèse ont été organisés suivant trois axes de recherche : le premier consiste à mettre en évidence et à quantifier l'impact de certains choix de conception en matière d'antennes sur le couplage avec le corps humain ; le second porte sur les outils et les méthodes utilisés pour estimer l'impact thermique d'une exposition électromagnétique 60 GHz sur le fantôme équivalent de la peau ; et le troisième propose une nouvelle approche à la fois dosimétrique et thermique pour évaluer et analyser le couplage corps/antennes en bande millimétrique.

The 60-GHz frequency band has been identified recently as attractive for body centric wireless communication development. Indeed, this band has several key advantages compared to lower frequency bands as high data rates above 7 Gbit/s, low risks of interference with neighboring wireless networks and compact devices. With the development of the future 5th generation of mobile networks in the millimeter-wave band, the number of BAN applications at 60 GHz should increase. To avoid health effects and protect user against an electromagnetic exposure of BAN devices at 60 GHz, the reduction of the coupling between human body and antennas, as well as the evaluation and quantification of exposure are main research aspect of the thesis. The main thesis contributions are divided in three parts: a quantification of antenna design effects on the interactions between human body and antennas; a study of tools and methods used to assess thermal effects due to 60 GHz exposure on a skin-equivalent phantom; and a new dosimetric and thermal approach to evaluate interaction between human body and BAN antennas at 60 GHz.

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

De nombreuses applications civiles et militaires (faisceaux hertziens, futurs réseaux mobiles, communications par satellite, radars automobiles, systèmes d’imagerie haute résolution) nécessitent des antennes à faisceau reconfigurable (dépointage de faisceau, faisceaux multiples, faisceaux formés). Les antennes à réseaux transmetteurs apparaissent comme une alternative aux réseaux phasés classiques ou aux réseaux réflecteurs pour ces applications. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la faisabilité de réseaux reconfigurables fabriqués avec des technologies standards en bande Ka (20-30 GHz). Divers cellules élémentaires utilisant des diodes p-i-n et fonctionnant en polarisation linéaire ou circulaire ont été conçues, optimisées et caractérisées. Les mesures en guide d’onde montrent des pertes minimales de 1,09 dB à 29,0 GHz et une bande passante à 3 dB de 14,7%. Une méthode de simulation hybride a été développée afin d’analyser efficacement des réseaux de grandes dimensions utilisant des rotations séquentielles d’éléments pour optimiser la qualité de polarisation et les diagrammes de rayonnement. Un réseau de 400 cellules élémentaires fonctionnant en polarisation circulaire a été réalisé et testé en chambre anéchoïque. Un dépointage électronique de ±60° et la possibilité de commuter entre les deux polarisations circulaires (droite/gauche) ont été démontrés.

Several civil and military applications (hertzian beams, satellite communications, automotive radars, high resolution imaging systems) require antennas with reconfigurable beam capabilities (beam-scanning, beamshaping, multiple beam generation). Transmitarray antennas are good candidates and represent an alternative to classical phased arrays or reflect-arrays for these applications. The main objective of this thesis is to demonstrate the feasibility of reconfigurable transmitarrays fabricated with standard technologies in Ka-band (20-30 GHz). Different unit-cell designs based on p-i-n diodes have been developed to work in linear and circular polarization. Their optimization and experimental characterization have been performed. Waveguide measurements show insertion losses of 1.09 dB at 29.0 GHz with a 3-dB bandwidth of 14.7%. A hybrid simulation technique has been developed in order to analyze efficiently large transmitarrays in which the sequential rotation technique has been applied to optimize the polarization quality and the radiation patterns. A 400-elements transmitarray operating in circular polarization has been realized and tested in anechoic chamber. A beam-scanning angular coverage of ±60° and circular polarization selection (left/right) have been demonstrated.

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ Dans les systèmes de communication et de détection sans fil, l'antenne est un élément indispensable pour transformer l'énergie électrique en ondes électromagnétiques rayonnée dans l'espace, et vice versa. Les antennes sont utilisées dans de nombreux dispositifs militaires et civils, tels que les radars (SAR, secteur automobile, détection de débris, etc.), les instruments biomédicaux, les systèmes de télécommunication (téléphones mobiles, stations de base) pour les communications point à multi-point ou point à point par exemple. Les antennes jouent aussi un rôle essentiel pour le développement de futurs réseaux connectés reliant plusieurs appareils à des utilisateurs en temps réel, par exemple pour l'Internet des objets (IoT). Les réseaux transmetteurs sont une solution attrayante pour de nombreuses applications telles que les communications par satellite (Satcom) ou les futurs réseaux 5G. L'architecture des antennes à réseau transmetteur les rend extrêmement compétitifs comparés aux réseaux phasés par exemple grâce à leur alimentation par onde d’espace et car ils ne souffrent pas du blocage induit par la source primaire, comme c’est le cas pour les réseaux réflecteurs ou les antennes à réflecteur. Grâce à leur fonctionnement en mode transmission, les réseaux transmetteurs peuvent être également facilement montés sur des plates-formes mobiles.Les applications Satcom en bande Ka constituent le secteur applicatif majeur de cette thèse. Cette bande fournit un débit de données élevé à la fois pour les liaisons descendantes et les liaisons montantes, en remplacement des systèmes actuels en bande Ku. Dans ce contexte, il convient aussi de prêter une attention particulière aux communications avec des plates-formes mobiles, par exemple les trains à grande vitesse, les avions, etc., ce qui nécessite de mettre au point des antennes à balayage de faisceau. De nombreuses propriétés avancées sont exploitées depuis ces dernières années pour accroître les débits et la flexibilité des systèmes de communication sans fil, par exemple la polarisation circulaire, la double polarisation, le fonctionnement multi-fréquence ou large bande, le dépointage électronique de faisceau. Pour réduire les coûts, des preuves de concept de réseaux transmetteurs non diélectriques sont également proposées. Cette thèse s’est déroulée dans le cadre du projet ANR TRANSMIL (Reconfigurable TRANSmitarrays for beam steering and beam forming at MILlimetre wave). Les objectifs de cette thèse sont de proposer de nouvelles architectures de réseaux transmetteurs fonctionnant en bande Ka en liaison descendante (de 17,7 GHz à 21,2 GHz) et en liaison montante (de 27,5 GHz à 31 GHz). Différents prototypes ont été conçus et fabriqués afin de valider les concepts proposés en bande X et en bande Ka. Un bon accord entre les résultats numériques et mesurés a été obtenu systématiquement. En particulier, les réseaux transmetteurs à double polarisation que nous avons conçus en bande X présentent un gain de 25 dBi et une bande passante à 3 dB de 20% à 10 GHz. Ces propriétés sont… Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude et la conception de lentilles continues en guide d’ondes à plans parallèles (PPW) pour des applications multi-faisceaux. La conversion du front d'onde est assurée par une lentille formée d’une lame et d'une cavité transversale. Ce concept, proposant une approche mécanique simplifiée et possiblement purement métallique, est particulièrement attractif pour les futurs systèmes de communications par satellites (GEO/LEO) requérants des solutions à moindre coût tout en maintenant de hautes performances. La première partie de cette thèse présente la réalisation d’un outil d’analyse numérique basée sur l’optique géométrique (GO). Une prédiction rapide et précise des performances en rayonnement est obtenue. En combinant cet outil avec des processus d’optimisation, des performances en dépointage sur un large secteur angulaire sont ensuite démontrées, incluant une stabilité des diagrammes en rayonnement (ouverture à mi-puissance, niveaux de lobes secondaires et pertes en dépointage). Un prototype fonctionnant dans la bande Ka est réalisé, validant les performances précédemment obtenues. De hautes efficacités de rayonnement sont également mises en avant sur l’ensemble de la plage de fréquence. Enfin un second prototype plus compact basé sur de multiples lentilles est proposé et étudié, démontrant des performances similaires à la première solution fabriquée et mesurée.

The activities presented in this PhD focus on the study and development of continuous parallel plate waveguide (PPW) lenses for multiple beam applications. The wave front conversion is ensured by a PPW transversal ridge and cavity. The proposed concept, based on a simplified mechanical approach and possibly full-metal, is particularly suitable for future satellite communication systems (GO/LEO) requiring low-cost antennas while maintaining high performances. The first part of the thesis deals with the development of a numerical analysis tool based on geometrical optics (GO). A fast and accurate prediction of the radiation performance is provided.Combining the tool with optimization processes, large scanning performances have been demonstrated, including a stability of the radiation pattern performance (HPBW, SLL, scan loss). A prototype working at Ka band has been manufactured, validating the performances demonstrated previously. High radiation efficiencies are also proved over the entire frequency range. Finally, a second prototype targeting performances in compactness and based on multiple lenses is proposed and studied, showing similar performances as the first solution fabricated and measured.

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

La partie inférieure de la bande de les ondes millimétriques (OMM, c'est-à-dire 20–100 GHz) constitue une alternative attrayante pour le traitement thermique non invasif du mélanome. Le chauffage pulsé induit électromagnétiquement peut entraîner des dommages plus importants dans les cellules par rapport au chauffage continu traditionnel. Dans ce travail, nous étudions les modifications induites au niveau cellulaire dans les cellules de mélanome à la suite d'une exposition au chauffage induit par en onde continue (CW) et ou en régime modulé (PWM) avec avec la même élévation de température moyenne, à 58.4 GHz. Premièrement, l’impact de la convection thermique sur la dynamique de la température dans des modèles représentant des conditions d’exposition in vitro typiques lors du chauffage par CW et PWM est étudié expérimentalement. Deuxièmement, la réponse au choc thermique, médiée par la phosphorylation d'une protéine de choc thermique (HSP27) et l'activation de Caspase-3, indicateur de l'apoptose cellulaire, est quantifiée pour surveiller la réponse biologique en utilisant une approche expérimentale basée sur la microscopie à fluorescence. Deux durées d'impulsion (1.5 s et 6 s) sont considérées. Nos résultats démontrent que les impulsions thermiques sont capables d'induire une réponse cellulaire plus forte dans les cellules de mélanome à la fois en termes de choc thermique et de mortalité cellulaire par rapport à celle induite en CW. Plus la durée de l'impulsion est courte, plus la réponse cellulaire est grande.

The lower part of the millimeter wave (MMW) band (i.e., 20–100 GHz) is an attractive alternative for non-invasive thermal treatment of melanoma. Besides, pulsed electromagneticallyinduced heating can lead to stronger damage in cells compared to traditional continuous heating. In in-vitro experiments, continuous-wave (CW) or pulsed-wave (PW) amplitude-modulated MMW can be efficiently used to locally heat cell monolayers with a typical thickness ranging between 3 μm and 10 μm. In this work we investigate the modifications induced at the cellular level in melanoma cells following exposure to CW and PW MMW-induced heating with the same average temperature rise, at 58.4 GHz. First, the impact of thermal convection on temperature dynamics in models representing typical in vitro exposure conditions during CW and PW-induced heating is experimentally investigated. Second, the heat shock response, mediated by phosphorylation of a small heat shock protein (HSP27) and activation of Caspase-3, indicator of cellular apoptosis, are quantified to monitor the biological response using an experimental approach based on fluorescence microscopy. Two pulse durations (1.5 s and 6 s) are considered. Our results demonstrate that thermal pulses are able to induce a stronger cellular response in melanoma cells both in terms of heat shock and cellular mortality compared to the one induced by CW. The shorter the pulse duration, the greater the cellular response.

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

La demande toujours croissante de connectivité et de débit de données requiert une rupture dans la conception des futurs réseaux de communication et systèmes radio. Plusieurs applications émergentes en bande millimétrique, notamment les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) et les communications satellites, exigent des antennes large bande qui assurent une grande couverture angulaire, tout en étant à la fois compactes, facilement intégrables et à bas coût.Cette thèse propose des systèmes antennaires multifaisceaux large bande et à très grande couverture angulaire, appelés «Continuous Transverse Stub Antenna» (CTS), pour réaliser un bon compromis de l’ensemble de ces objectifs. L’architecture de l’antenne comprend un réseau de fentes longues excitées par un réseau d’alimentation en chandelier, basé sur des guides d’onde à plans parallèles. Cette structure est excitée par un formateur de faisceaux quasi-optique co-intégré. La première partie du manuscrit présent des nouveaux modèles numériques qui facilitent la conception de chaque sous-système de l’antenne et permettent l’analyse des performances globales, soit en termes d’adaptation, soit en termes de diagrammes de rayonnement. Ces outils sont exploités pour la conception d’antenne et pour étudier les limites en balayage. La thèse se poursuit en présentant de nouvelles solutions technologiques et de nouveaux design pour intégrer les antennes CTS dans des modules multicouches planaires et à faible profil. La conception et la caractérisation de deux antennes intégrées en technologie LTCC pour des points d’accès 5G à 60 GHz sont discutées. L’une des deux est à faisceau fixe, l’autre est à balayage électronique, avec une couverture de ±40°, de faibles lobes secondaires et un niveau élevé de recoupement des faisceaux. Enfin, nous proposons l’association de radomes polarisants planaires à faible profil aux antennes CTS, pour réaliser des systèmes rayonnants en polarisation circulaire. Une méthodologie systématique pour la conception de polarisateurs à très large bande est présentée, ainsi qu’un design couvrant entièrement la bande Ka pour des applications satellites.

The ever-growing demand for fast and seamless connectivity shows the need of new wireless standards and technologies. Novel broadband, wide-angle scanning antennas achieving an optimal trade-off among size, gain, efficiency and costs are crucial to the development of emerging applications at millimeter waves, such as fifth-generation (5G) mobile networks and satellite communications. In this thesis, multibeam parallel-fed continuous transverse stub (CTS) array antennas are proposed as possible candidates for future mm-wave communications and are developed to tackle these requirements. The antenna architecture comprises an array of long slots, a corporate feed network based on parallel plate waveguides (PPWs) and an integrated quasi-optical beamformer. First, novel numerical models for the analysis of each subsystem and of the overall antenna, are presented, which enable an efficient and modular…

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Ettorre, Mauro (thesis director).

▼ 

Ce travail concerne la réalisation et la caractérisation de dispositifs hyperfréquences agiles en fréquence à base du matériau ferroélectrique KTa1-xNbxO3 (KTN) déposé en couche mince. Doté d'une permittivité diélectrique élevée (er = 700 à 10 GHz et Ebias = 0 kV/cm), KTN est un candidat prometteur pour la reconfigurabilité et la miniaturisation des dispositifs hyperfréquences. Ses pertes restent néanmoins conséquentes (tanδr = 0,3 à 10 GHz et Ebias = 0 kV/cm) et sont en partie à l'origine des pertes globales des dispositifs hyperfréquences réalisés. Afin de limiter ces pertes, une double approche a été engagée : (1) réduction des pertes diélectriques par le dopage du matériau KTN par un oxyde à faibles pertes : MgO à 3% et 6% en moles et (2) réduction des pertes globales par le confinement du matériau KTN dopé dans les zones actives des dispositifs hyperfréquences. Les couches minces de KTN non dopé et dopé d'épaisseur ~ 600 nm ont été déposées sur substrats de saphir orienté R par ablation laser pulsé (PLD). Deux compositions différentes (KTa0,5Nb0,5O3 et KTa0,65Nb0,35O3) ont été sélectionnées pour cette étude. Des dispositifs coplanaires imprimés sur les films ferroélectriques ont été réalisés et caractérisés dans la bande d'intérêt 1 GHz-20 GHz. Le dopage à 6% assure le meilleur compromis pertes / agilité avec une réduction significative des pertes globales de 0,73 à 0,20 (facteur ~ 4) du dispositif résonant imprimé sur KTa0,5Nb0,5O3 après son confinement par microgravure laser. Une agilité en fréquence de 8% est obtenue sous Ebias ≈ 75 kV/cm. L'étude d'une antenne à ondes de fuite reconfigurable en bande Ku a ensuite été mise en oeuvre. Les couches minces de KTa0,5Nb0,5O3 d'épaisseur ~ 600 nm ont été déposées par PLD sur substrats de saphir R, puis le matériau ferroélectrique a été localisé par microgravure laser dans les 6 zones actives de l'antenne (constituée de 6 tronçons). L’évolution du coefficient de réflexion sous Ebias ≈ 85 kV/cm montre une agilité en fréquence égale à 2%. Un gain maximal de 6,7 dBi a été mesuré à f = 17 GHz et Ebias = 0 kV/cm, conformément aux résultats de simulation.

This work deals with the fabrication and characterization of frequency tunable microwave devices based on ferroelectric KTa1-xNbxO3 (KTN) thin films. KTN material is a promising candidate for the tunability and miniaturization of microwave devices, due to its high dielectric permittivity (er= 700 at 10 GHz and Ebias= 0 kV/cm). Nevertheless its intrinsic loss (tanδr= 0.3 at 10 GHz and Ebias= 0 kV/cm) strongly impacts the global loss of the tunable microwave devices. To reduce this, a twofold solution has been investigated: (1) reduction of the loss tangent by doping KTN material with a low loss oxide, namely MgO (3% and 6% in mol.) and (2) confinement of the doped KTN film in efficient regions of the microwave devices and removal in noncritical areas by laser microetching. The ~ 600 nm-thick undoped and doped KTN films have been grown by Pulsed Laser Deposition (PLD) on R-plane sapphire substrates. Two different…

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Guilloux-Viry, Maryline (thesis director).

▼ 

De nos jours, les communications sans fil sont devenues un moyen incontournable et universel d'échange d'un large éventail d'informations entre différents systèmes, certains d'entre eux étant en mouvement comme des drones parmi tant d'autres. Dans le contexte de cette thèse nous considérons une liaison entre un projectile et une station de base. La géométrie de la structure ainsi que les contraintes aérodynamiques d'un tir balistique impliquent l'utilisation d'antennes patchs dans la partie conique à l'avant du projectile. Ce type d'antenne est facile à intégrer à une plate-forme en tant que réseau conformé tout en respectant les contraintes d'encombrement. Ces communications doivent être fiables et discrètes dans un environnement perturbé ou hostile. Les diagrammes de rayonnement du réseau d'antennes doivent présenter des caractéristiques spécifiques, notamment dans le cas particulier d'objets volants et possédant une rotation en roulis (rotation autour de son axe) qui impliquent l'utilisation d'un réseau phasé et commuté par rapport à sa position. Une antenne qui présenterait un rayonnement fixe assurerait une liaison avec un interlocuteur, mais rayonnerait également dans d'autres directions sensibles ce qui pourraient interférer avec la communication principale. La solution qui consiste à activer et désactiver des sous-réseaux verticaux afin d'orienter le lobe principal dans la plan orthogonal à la pointe semble être en accord avec les contraintes de la structure tournante. Un réseau conique a été étudié puis 2 prototypes ont été fabriqués, dont un à l'ISL. Les sous-réseaux sont répartis de manière égale autour de la pointe de façon à pouvoir rayonner dans toutes les directions. De plus, chaque sous-réseau est composé de trois éléments ce qui permet d'orienter également le lobe principal dans le plan longitudinal de la pointe (le long de l'axe du projectile) grâce à un dépointage électronique. Un système électronique de formation de faisceaux a été développé dans le but de contrôler 12 éléments rayonnants. Le réseau d'antennes ainsi que le circuit de répartition ont été caractérisés dans un premier temps de manière indépendante afin d'optimiser les lois de phase nécessaires à dépointer le lobe à partir des pondérations mesurées. Au final, le réseau de 12 éléments associé à son système d'alimentation dédié a été mesuré dans les chambres anéchoïques de DGA-MI et de l'ISL et les mesures sont en accord avec les simulations.

Nowadays wireless communications have become a useful and universal mean to exchange a wide range of information between different systems, some of them being moving, as UAVs among others. In this context we consider here the link between a projectile and a base station. The shape of the structure and the aerodynamic constraints involve the use of patch antennas in the conical front part. This class of antenna is easy to be integrated into the platform as a conformal array, while respecting space constraint. Communications have to be reliable and discrete in disturbed or hostile environment.…

Advisors/Committee Members: Mahdjoubi, Kouroch (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

Cette thèse présente de nouveaux développements pour de petites antennes en cavité. L'objectif principal de la thèse est l'analyse de la performance de la bande passante de ces antennes pour des tailles d'ouverture qui sont petites par rapport à la longueur d'onde en espace libre. Des cavités de formes rectangulaires et circulaires intégrées dans un plan de masse infini et dans des plans de masse de dimensions latérales finies sont examinées en détail. Jusqu'à présent, dans la littérature, le choix pour ces antennes en cavités portait sur des antennes imprimées microruban (patch). L'objet de la thèse est de déterminer si les performances d'antennes en cavité de petite taille peuvent être améliorées et si oui, de quelle façon. A cet effet, nous avons tout d'abord étudié théoriquement, la limite supérieure de la bande passante pour cette configuration particulière en cavité. Nous en avons conclu que les antennes microruban intégrées dans une cavité n'atteignent pas la limite de la bande passante, ce qui est l'un des principaux résultats de la thèse. Les antennes intégrées dans une cavité avec un plan de masse infini ou fini sont ensuite analysées à l'aide de plusieurs modèles de ligne de transmission simples. Le deuxième résultat clé de la thèse un modèle de ligne de transmission spécifique et original qui montre que cette limite sur la bande passante est réellement atteignable. Par conséquent, ce modèle de ligne de transmission devient la base d'une nouvelle conception pour l'antenne en cavité. Enfin, le résultat le plus important de la thèse est la conception concrète de nouvelles antennes en cavité capables d'atteindre la performance maximale en bande passante. D'autres sujets sont abordés sont: i) la comparaison avec des structures à base d'éléments empilés en termes de bande passante, de facilité de fabrication et de coût, ii) l'extension de la limite grâce à l'inclusion de matériaux magnétiques idéaux et conducteurs magnétiques; iii) l'utilisation de la nouvelle structure d'antenne pour la constitution d'un réseau d'antennes compact; iv) les avantages de la nouvelle structure pour la réalisation d'antennes en cavité de tailles vraiment petites pour lesquelles les méthodes classiques ne permettent pas la réalisation d'antennes.

This thesis presents new developments in cavity type antennas. The main objective of the thesis is bandwidth performance analysis of antennas in cavities with aperture sizes which are small compared to the free space wavelength. Cavities of rectangular and circular shapes in an infinite and finite ground plane are investigated in detail. So far in the literature, microstrip patch antennas were the antenna of choice for cavity type antennas. The intention of the thesis is to determine if cavity type antennas can be improved and how. To this end, the bound on bandwidth for cavity antennas is investigated theoretically. It is concluded that patch antennas, in fact, do not reach the bound for cavity antennas, which is one of the key results of the thesis. Infinite and finite sized ground…

Advisors/Committee Members: Mahdjoubi, Kouroch (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

Les ondes millimétriques (OMM), et en particulier la bande autour de 60 GHz, sont de plus en plus utilisées pour les télécommunications sans fil. Une précédentes études in vitro menée au laboratoire avait montré, par analyse de micro-puces, une diminution d’expression de l'ARN TRPV2 dans des cultures primaires de cellules de peau humaines exposés pendant 1, 6 ou 24 heures à 60,4 GHz avec une densité de puissance incidente moyenne de 1,8 mW / cm². Afin de déterminer si l'exposition aux OMM peut aussi affecter l'expression de TRPV2 au niveau protéique, nous avons effectué des immunocytochimies sur une lignée cellulaire pseudo-neuronale en cours de différenciation (PC12), exposée à 60,4 GHz pendant 24h avec une densité de puissance incidente moyenne de 10 mW/cm². De plus, l’impact des OMM sur l’expression de plusieurs autres marqueurs impliqués dans la nociception, la différenciation neuronale et le stress protéotoxique a aussi été étudié. En utilisant un système d'imagerie semi-haut débit, permettant l'étude de multiples paramètres, nous n’avons pas trouvé de différence dans l'expression protéique des récepteurs membranaires impliqués dans la nociception TRPV1, TRPV2 et P2X3, la protéine de choc thermique Hsp70, et le marqueur neuronal β3-tubuline. Cependant, une augmentation de la poussée neuritique, bien que non significative, a été observée dans les cellules exposées. Les contrôles ont montré que cette augmentation était liée à un effet thermique des OMM. En outre, l'analyse cellule par cellule a montré qu'il n'y avait aucune sous-population distincte de cellules présentant une sensibilité particulière. Enfin, des expositions à 5 mW / cm², suivies par une analyse par HPLC, ont également été effectuées afin d’étudier l'impact des OMM sur le métabolisme dopaminergique. Aucun effet de l'exposition n’a été observé sur la recapture de la dopamine. Seul un effet thermique non significatif a été trouvé sur l'accumulation du DOPAC extracellulaire. Globalement, ces résultats négatifs sont en accord avec les précédentes études in vitro qui ont évalué l'impact des ondes millimétriques sur l'expression génétique, et sont rassurantes sur le fait que l'exposition aiguë aux OMM ne peut pas perturber significativement la physiologie cellulaire.

Millimeter waves (MWW), in particular the 60-GHz band, are increasingly used for wireless communications. A previous in vitro study conducted by our group showed, using microarray analysis, a decrease in TRPV2 RNA expression in primary human skin cells exposed for 1, 6, or 24 h at 60.4 GHz with an average incident power density of 1.8 mW/cm². To investigate if MMW exposure can also affect TRPV2 expression at the protein level, we performed immunocytochemistry on a neuron-like differentiating cell line (PC12), exposed at 60.4 GHz during 24h with an average incident power density of 10 mW/cm². Moreover, the impact of MMW on several markers involved in nociception, neuronal differentiation and proteotoxic stress was also investigated. Using a semi-high throughput imaging system, allowing the…

Advisors/Committee Members: Le Dréan, Yves (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

L'objectif de cette thèse est d'exploiter les phénomènes des ondes de fuite pour améliorer les performances des antennes classiques à ouverture pour les applications spatiales. Ici, nous considérons des configurations planaires où les ondes de fuite sont excitées entre un plan de masse et un superstrat partiellement réfléchissant. Des réseaux de petites ouvertures sur le plan de masse sont utilisés pour alimenter les antennes considérées. Les structures avec superstrat sont développées en configuration réseaux simples ou réseaux à commande de phase, considérées intéressantes en termes de flexibilité du système pour des liens satellitaires de nouvelle génération.Pour étudier efficacement ces antennes, nous avons développé un outil d'analyse basé sur une approche spectrale avec fonction de Green. Cet outil permet d'analyser les structures proposées en prenant en compte l'impact du couplage mutuel entre les éléments sur les performances de rayonnement avec une réduction du temps de calcul et d'utilisation de mémoire.L'augmentation du gain des structures à ondes de fuite peut ouvrir la voie à la réduction du nombre d'éléments des réseaux associés, et donc des commandes en amplitude et phase. Dans une configuration à ondes de fuite, chaque élément du réseau rayonne avec une ouverture équivalente plus grande, augmentant ainsi l'espacement entre les éléments sans affecter le gain global de la structure. Comme largement expliqué dans le manuscrit, les solutions à ondes de fuite représentent par conséquent un avantage majeur pour les antennes du segment utilisateur.En plus de l'amélioration du gain, la technologie à ondes de fuite peut être efficacement exploitée pour synthétiser le diagramme de rayonnement, en choisissant correctement les paramètres de conception de l'antenne. Cette caractéristique peut être utilisée dans les réseaux à commande de phase, pour produire un diagramme d'élément qui minimise les pertes par dépointage et qui filtre les lobes de réseaux. Une procédure de synthèse pour des antennes réseaux raréfiés à ondes de fuite est ainsi présentée dans le manuscrit, ainsi qu'une nouvelle configuration de réseaux avec superstrat irrégulier. Ce dernier permet de réduire les lobes secondaires de l'antenne en utilisant une excitation uniforme. Cette dernière configuration montre clairement que la capacité de modifier le diagramme de rayonnement est la caractéristique la plus attrayante des antennes planaires à ondes de fuite, pour être utilisée dans des solutions de réseaux à commande de phase.

The objective of this thesis is to exploit the leaky-wave phenomena to enhance the performance of classical aperture antennas for space applications. Here, we consider planar configurations where the leaky modes are excited between a ground plane and a partially reflective superstrate. Arrangements of small apertures opening on the ground plane are used to feed the antennas under study. The superstrate-like leaky-wave structures are developed in array or phased array configurations, considered of interest in terms of…

Advisors/Committee Members: Ettorre, Mauro (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

Les travaux de cette thèse portent sur la conception d'antennes multi-faisceaux. Ces dernières permettent à plusieurs faisceaux de partager la même partie rayonnante et offrent la possibilité d'avoir simultanément un fort gain et une grande couverture angulaire. Pour leur fonctionnement, ces antennes se basent sur des réseaux à formation de faisceaux, qui peuvent être groupés en deux catégories : les réseaux formateurs de faisceaux de type quasi-optique et les réseaux formateurs de faisceaux de type circuit. Plusieurs structures antennaires reposant sur ces types de réseaux à formation de faisceaux sont proposés dans cette thèse : structures pillbox simples intégrant les deux variantes de la technique mono-pulse pour augmenter la résolution angulaire de l'antenne, lentilles de Rotman bicouche et multicouche, pour le cas quasi-optique ; réseaux phasés pour applications SATCOM (projet ANR) et matrice de Butler avec circuit de contrôle des niveaux de lobes secondaires pour le cas circuit. Les différents concepts ont été étudiés dans différentes bandes de fréquences : Ku, K et V. Pour des raisons de coût essentiellement, deux technologies ont été retenues : La technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide), qui associe les avantages de la technologie des circuits imprimés et celles de la technologie guide d'ondes. Des efforts particuliers ont été faits pour l'implémentation de structures multicouches car nous arrivons à ce stade à la limite du savoir faire industriel national dans ce domaine. La technique de « Diffusion Bounding » développée au « Ando and Hirokawa lab » du TIT (Tokyo Institute of Technology) et qui consiste à assembler de fines couches métalliques sous haute température et haute pression. Cette technique permet le développement d'antennes en guides creux avec des efficacités supérieures à 80% en bande millimétrique.

This PhD thesis deals with the design of multi-beam antennas. A single radiating aperture is used to generate several beams with high gain and a large field of view. The multi beam operation is achieved by using two topologies of Beam Forming Networks (BFN): quasi optical BFN, and circuit-based BFN. For each category, several solutions have been proposed and validated experimentally. In particular, for the quasi-optical configurations, pillbox structures, mono-pulse antennas in pillbox technology, and multi-layer Rotman lenses have been considered. On the other hand, for circuit-based multi-beam antennas, two solutions have been analyzed: a phased array for SATCOM applications in the framework of a national ANR project and a Butler matrix with controlled side-lobe levels for the radiated beams within a collaboration with the Tokyo Institute of Technology, Japan. The proposed concepts and antenna solutions have been considered in different frequency bands: Ku, K and V. Two technologies have been mainly adopted for the fabrication of the various prototypes: Substrate Integrated Waveguide technology (SIW) which combines the advantages in terms of cost of the printed circuit board (PCB)…

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Ettorre, Mauro (thesis director).

▼ La demande pour des systèmes RF plus compacts avec des bandes plus larges a poussé l'exploration de bandes toujours plus hautes en fréquence forçant un transfert des technologies existantes et l'invention de nouvelles pour ces bandes. Parmi les principaux obstacles rencontrés dans cet effort, se trouvent le problème du confinement de champ, les pertes diélectriques importantes, et les difficultés d'intégration entre deux systèmes conçus avec une technologie différente. Afin de pallier à ces problèmes, plusieurs nouvelles technologies sont apparues durant ces deux dernières décennies. Une des plus prometteuse est le guide d'onde intégré au substrat (ou SIW pour Substrate Integrated Waveguide). Sa caractéristique principale est la possibilité d'intégrer les guides d'onde dans un substrat, le plus souvent en intégrant des cylindres métalliques ou diélectriques densément disposés, dans un substrat dont les faces, inférieure et supérieure, sont hautement conductrices. Cette technologie offre une liberté sans précédent à la gamme de systèmes pouvant être réalisés. La richesse de possibilités de designs, la robustesse et la solidité des performances ont conduit à un nombre très larges de systèmes SIW, certains d'entre eux trouvant place dans des applications commerciales. L'inconvénient de cette technologie provient du très grand nombre d'élément nécessaire et de la complexité de son agencement. Par conséquent, ils présentent un défi du point de vue d'un concepteur, nécessitant des analyses numériques et des optimisations. Les solveurs les plus couramment utilisés à cette fin sont basés sur la FÉM, la FDTD / FDFD et MoM, ou sur une fusion de plusieurs méthodes. Bien qu'ils soient à la hauteur pour une vaste gamme de structures, les plus rapides et plus précis sont très recherchés. Cette thèse porte sur une méthode numérique hybride adaptée à l'analyse d'une vaste gamme de structures SIW planaires. Elle repose sur une représentation efficace des champs dans des guides d'ondes à parois parallèles, chargés avec des diélectriques planaires simples ou multicouches contenant des cylindres ; elle permet la construction de systèmes linéaires dont les solutions donnent les amplitudes de champ post-dispersion. Ce problème est ce que nous appelons le mode-matching, et fournit des moyens de calcul rapide de champ en présence de cylindres métalliques et diélectriques. Étant donné qu'une part importante de ces dispositifs utilise des fentes rectangulaires étroites comme éléments de couplage et de rayonnement, nous proposons une approche basée sur les MoM pour leur analyse. Grâce à l'application du principe d'équivalence, chaque fente remplacée par des courants magnétiques équivalents; la procédure divise efficacement le problème le plus large en plusieurs plus petits, chacun appartenant à une région délimitée par des plaques PEC parallèles (un seul guide d'ondes à plans parallèles). En exerçant les conditions aux limites sur les surfaces des fentes et en effectuant la pondération Galerkin, on obtient un système linéaire dont les… Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Ettorre, Mauro (thesis director).

▼ 

Être compacte, avoir un faible coût, un gain élevé et une capacité de dépointage électronique sur un large angle de couverture sont parmi les principales caractéristiques requises pour le sondage de canal 5G en bande millimétrique. Ces dernières ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années car elles sont capables de supporter des communications à haut débit grâce à leur large bande passante. Différentes Différentes technologies d’antennes ont été proposées pour telles applications, avec leurs avantages et leurs inconvénients, telles que les antennes réseaux ou les solutions quasioptiques (lentilles, réflecteurs, etc.). Les solutions à alimentation par onde d’espace sont particulièrement attractives en raison de leur rendement élevé. Dans cette thèse, plusieurs réseaux transmetteurs (RT) ont été proposés dans la bande V (57-64 GHz). Un RT monofocal à faisceau fixe (axial ou dépointé). Pour améliorer les performances en dépointages, des RT multifocaux (bifocal et quadri-focal) ont été étudiés. Ces solutions ont été caractérisées à la fois par des simulations et des mesures. Un RT tri-bande fonctionnant en bande Ka (liaison montante et descendante) et bande V a également été conçu pour les applications satellitaires et 5G. Ce dernier est basé sur la technique d'entrelacement.

Low-profile, low cost, high gain and beam-steering capability over a large total field of view are among preferred features of antenna arrays for 5G channel sounding at millimeter waves. The latter are extremely attractive for high-speed communications due to the large available bandwidth. In the recent years, various potential antenna technologies have been investigated for multiple beam applications in terms of gain, efficiency, beam-steering performance, form factor and cost, such as antenna arrays or quasi-optical systems (lenses, reflectors, etc.). Space-fed architectures are very attaractive for their high radiation efficiency. In this thesis, transmitarray antennas (TAs) with low profile, low cost, high gain and wide field of view with low scan loss have been proposed in V-band (57-64 GHz). A monofocal TA with fixed beam (pointing at broadside or in an offset direction) has been first studied. To circumvent its limitation in scanning, bifocal and quadri-focal TAs have been proposed. These solutions have characterized in detail both in simulations and measurements. Finally, a triple-band TA operating at Ka band (up-link and down-link) and V-band has been also developped based on interleaving technique.

Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Gallée, François (thesis director).

▼ L'évolution des technologies numériques a permis l'introduction d'objets connectés dans le quotidien d'une grande partie de la population mondiale. Face à une demande de données sans-fil toujours croissante, des techniques nouvelles doivent être employées pour offrir un débit plus élevé à des appareils moins volumineux et accessibles à un prix raisonnable. Les antennes constituent l'organe central de toutes les télécommunications et elles jouent un rôle majeur dans l'évolution vers des systèmes plus performants. En effet, l'augmentation du débit de données passe par une augmentation du gain et de la bande de fonctionnement, et plus une antenne est directive plus son intégration est complexe. La tendance actuelle est à l'évolution vers les bandes de fréquences millimétriques, ce qui permet une réduction du volume de l'antenne et l'utilisation de bandes de fréquences plus larges, néanmoins la fabrication est un vrai défi technologique. Les travaux de recherches effectués au cours de cette thèse portent sur la conception d'antennes pour une application de lien backhaul : une liaison en bande E (71-86GHz) entre deux antennes fixes utilisée dans un réseau cellulaire ; cependant les concepts et technologies sont facilement transposables à d'autres applications telles que les radars ou les communications satellitaires. Les systèmes étudiés combinent un réseau unidimensionnel de longues fentes rayonnantes (CTS) alimentées en parallèles avec un formateur de faisceau quasi-optique (système pillbox). Les fentes rayonnantes consistent en guides à plans parallèles (GPP) tronqués. Elles sont alimentées en parallèle par un réseau de division de puissance exclusivement basé sur des GPP. Le système pillbox est constitué de deux GPP connectés par un coupleur et un réflecteur parabolique intégré, l'illumination de ce dernier par une source focale génère une onde plane. L'omniprésence de GPP au sein de l'antenne garantit une large bande de fonctionnement, et l'architecture employée permet une meilleure intégration que les antennes quasi-optiques. Ces antennes offrent donc un compromis entre un gain élevé, une large bande de fonctionnement et un profile réduit qui ne peut pas être atteint avec les autres structures présentes dans la littérature. Malheureusement ces antennes comportent également des désavantages. D'un point de vue technologique, leur fabrication est complexe et coûteuse. C'est pourquoi dans ces travaux de thèse un intérêt particulier est porté sur l'utilisation de techniques nouvelles permettant la fabrication de prototypes menant à des résultats expérimentaux. Du point de vue des performances en rayonnement, les antennes CTS/pillbox actuelles ne permettent pas de reconfigurer le rayonnement dans le plan E et le niveau de recouvrement dans le plan H est trop faible pour pouvoir être facilement exploité. Dans cette thèse, des solutions innovantes sont proposées afin de remédier à ce manque de versatilité. Enfin jusqu'à présent, le niveau des lobes secondaires dans le plan E de l'ensemble des antennes CTS alimentées en… Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Ettorre, Mauro (thesis director).

▼ 

L'objectif général est de développer un nouvel outil numérique dédié à la focalisation en 3D de l'énergie en zone de champ très proche par un système antennaire. Cet outil permettra de définir la distribution spatiale complexe des champs dans l'ouverture rayonnante afin de focaliser l'énergie sur un volume quelconque en zone de champ réactif. L'hybridation de cet outil avec un code de calcul dédié à l'analyse rapide d‘antennes SIW par la méthode des moments permettra de synthétiser une antenne SIW ad-hoc. Les structures antennaires sélectionnées seront planaires comme par exemple les antennes RLSA (Radial Line Slot Array). Les dimensions de l'antenne (positions, dimensions et nombre de fentes) seront définies à l'aide des outils décrits ci-dessus. Les résultats numériques ainsi obtenus seront validés d'abord numériquement par analyse électromagnétique globale à l'aide de simulateurs commerciaux, puis expérimentalement en ondes millimétriques (mesure en zone de champ très proche). Pour atteindre ces objectifs, nous avons défini quatre tâches principales : Développement d'un outil de synthèse de champ dans l'ouverture rayonnante (formulation théorique couplée à une méthode dite des projections alternées) ; développement d'un outil de calcul rapide (sur la base de traitements par FFT) du champ électromagnétique rayonné en zone de champ proche par une ouverture rayonnante, et retro-propagation ; hybridation de ces algorithmes avec un code de calcul (méthode des moments) en cours de développement à l'IETR et dédié à l'analyse très rapide d'antennes en technologie SIW ; conception d'une preuve ou plusieurs preuves de concept, et validations numérique et expérimentale des concepts proposés.

With the demand for near-field antennas continuously growing, the antenna engineer is charged with the development of new concepts and design procedures for this regime. From the microwave and up to terahertz frequencies, a vast number of applications, especially in the biomedical domain, are in need for focused or shaped fields in the antenna proximity. This work proposes new theoretical methods for near-field shaping based on different optimization schemes. Continuous radiating planar apertures are optimized to radiate a near field with required characteristics. In particular, a versatile optimization technique based on the alternating projection scheme is proposed. It is demonstrated that, based on this scheme, it is feasible to achieve 3-D control of focal spots generated by planar apertures. Additionally, with the same setup, also the vectorial problem (shaping the norm of the field) is addressed. Convex optimization is additionally introduced for near-field shaping of continuous aperture sources. The capabilities of this scheme are demonstrated in the context of different shaping scenarios. Additionally, the discussion is extended to shaping the field in lossy stratified media, based on a spectral Green's functions approach. Besides, the biomedical applications of wireless power transfer to implants and breast cancer imaging are…

Advisors/Committee Members: Ettorre, Mauro (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ 

L'intégration d'oxydes ferroélectriques permet la réduction des dimensions de dispositifs électroniques pour des applications en télécommunications, tout en leur apportant la reconfigurabilité. Parmi ces matériaux multifonctionnels, KxNa1-xNbO3 (KNN) se présente comme un candidat oxyde sans plomb prometteur pour un grand nombre d'applications. L'objectif de cette thèse est l'élaboration de couches minces de KNN et l'étude de leurs propriétés diélectriques en hyperfréquences en vue de leur intégration dans des antennes miniatures et reconfigurables. La permittivité εr, les pertes tanδ et l'agilité seront caractérisées à partir de couches minces de KNN déposées par la technique d'ablation laser. De plus, les avancements sur les dépôts par pulvérisation cathodique seront présentés. Après une étude sur la composition du matériau, l'influence des propriétés structurales sur les propriété diélectriques à travers l'utilisation de deux types de substrats a permis l'obtention d'une agilité de 20% sous un champ Ebias de 90 kV/cm. Une caractérisation diélectrique en température aura permis d'observer, à 10 GHz, une augmentation de la permittivité de 360 à 20°C jusqu'à 1000 à 240°C au niveau de la transition de phase polymorphique. Lors de ces travaux, la phase bronze de tungstène tétragonale (TTB), encore très peu étudiée dans le système K-Na-Nb-O a été préparée en couches minces fortement orientées et une permittivité élevée a été obtenue à basses (~200 à 10 kHz) et hautes fréquences (~130 à 10 GHz). Enfin la conception, la réalisation et la mesure d'antennes miniatures intégrant du KNN ont été effectuées.

Ferroelectric materials are a solution for reducing the size of electronic devices for telecommunication applications while also enabling reconfigurability. Among the multifunctional materials, KxNa1-xNbO3 (KNN) is a promising lead-free oxide for a large number of applications. The main goal of this work is the elaboration of KNN thin films and their dielectric characterisations in order to integrate the thin film to obtain miniature reconfigurable antennas. The permittivity εr, the loss tanδ and the tunability, at microwave frequencies, of the KNN were retrieved from thin films prepared by pulsed laser deposition. Also, the progress on the deposition of KNN thin films by RF magnetron sputtering will be presented. After the investigation of the effect of the composition and the structural properties of the KNN thin films on their dielectric properties, the tunability has been increased up to 20% under a 90 kV/cm electric field for x = 0.5. A dielectric characterisation of depending on the temperature, at 10 GHz, has shown an increase of the permittivity value from 360 at 20°C up to 1000 at 240°C, indicating the polymorphic phase transition. The tetragonal tungsten bronze phase (TTB), barely studied in the K-Na-Nb-O system, has been prepared in thin film and exhibiting high values of permittivity at both low and microwave frequencies (~200 à 10 kHz and ~130 à 10 GHz). Finally the design, realisation and measurements of…

Advisors/Committee Members: Guilloux-Viry, Maryline (thesis director), Sauleau, Ronan (thesis director).

▼ La télémétrie biomédicale et l’interfaçage neuronal à base de dispositifs miniatures et autonomes sans fil constituent de nouvelles applications en émergence. Elles visent à répondre à de nombreux enjeux y compris dans les domaines de la santé, du sport et bien être, ou encore de la sécurité au travail et de la défense. Parmi les applications typiques de biotélémétrie, nous pouvons citer le monitoring de certains paramètres physiologiques : température corporelle, pression artérielle, rythme cardiaque, taux de glucose et d’anticorps, détection d’agents chimiques, etc. En ce qui concerne l’interfaçage neuronal, il permet de restaurer les informations sensorielles, d’aider à la réadaptation des amputés, des personnes atteintes de paralysie ou des patients atteints de maladies neurodégénératives. L’objectif principal de cette thèse est de contribuer au développement de dispositifs miniaturisés et communicants pour le monitoring, en continu, de variables physiologiques d’humains ainsi que d’animaux. Ces dispositifs innovants nécessitent un système de communication fiable. Plus particulièrement, il s’agit d’analyser le milieu de propagation à l’intérieur des tissus biologiques et de développer des antennes miniatures innovantes ainsi que des méthodes pour leur analyse et leur caractérisation. Le verrou majeur concerne le rendement des antennes miniatures. Les effets de forte hétérogénéité, dispersion, pertes très élevées des milieux biologiques et les contraintes de miniaturisation et d’intégration dans des dispositifs in-body limitent la portée des systèmes existants à quelques dizaines de centimètres. Tout d’abord, des outils spécifiques de modélisation et d’optimisation ont été développés en collaboration avec l’Université de Bohème de l’Ouest. Ces outils sont indispensables pour l’analyse des composants de systèmes antennaires complexes : le code Agros2D (CAO interne) utilise des méthodes entièrement adaptatives. Cette approche permet de réduire la complexité d’optimisation des antennes in-body jusqu’un seul dégrée de liberté. Puis, la limite fondamentale de rendement des antennes pour les applications in-body a été définie ; les liens entre cette limite et la taille de l’antenne, sa fréquence de fonctionnement, la polarisation et les matériaux utilisés (dont hypothétiques) ont été quantifiés pour la première fois. Ce travail fondamental a d’abord pour objectif l’optimisation des performances de l’antenne actuelle de la capsule e-Celsius de l’entreprise BodyCAP pour accroître la portée de la gélule, en prenant en compte les caractéristiques des matériaux et le milieu de propagation que constituent les tissus biologiques. Dans cette étape on inclut également la fabrication des prototypes de gélules télémétriques ainsi que leurs mesures d’impédance. L’antenne optimisée a une portée trois fois plus importante que celle actuelle tout en occupant le même volume. En utilisant ces principes de conception, nous avons développé et caractérisé une antenne à 434 MHz adaptée à une large gamme d'applications in-body. Des… Advisors/Committee Members: Sauleau, Ronan (thesis director), Zhadobov, Maxim (thesis director).