Academic literature on the topic 'Filtres pour microondes – Conception'

L'application des techniques micro-ondes au chauffage industriel, par exemple le decongelation des produits alimentaires, conduit a etudier l'optimisation des performances des procedes. Lorsque le materiau a traiter se deroule en continu, les fuites de rayonnement ne doivent pas depasser certaines limites en raison d'une part des risques de brouillage electromagnetique et d'autre part des risques biologiques. Dans ces applicateurs, nous utilisons pour limiter les fuites des tunnels-pieges, en serie : le premier tunnel attenue la frequence centrale, et le second contient un materiau ferromagnetique attenuant le rayonnement hors bande. Nos travaux sont bases sur la realisation de filtres dissipatifs (pieges a ondes), contenant un materiau attenuant fabrique dans notre laboratoire. Nous avons recherche plusieures pour obtenir la meilleure attenuation entre l'entree et la sortie du piege. Les resultats obtenus montrent qu'il est possible de modeliser les caracteristiques du filtre dissipatif sur un cas donne et d'en prevoir les performances.

Ce travail de thèse porte sur l’extension des fonctionnalités d’une méthode de synthèse générique dédiée à la conception de filtres actifs passe-bande microondes applicables dans la bande radar (2-20 GHz) et intégrables en technologie MMIC. A partir d’une étude bibliographique sur le filtrage actif qui nous permet de dégager plusieurs topologies de filtres actifs basées sur le principe des résonateurs passifs couplés activement, nous investiguons les possibilités d’adaptation de la méthode aux filtres accordables en fréquence ainsi qu’à la réalisation de fonctions de filtrage d’ordre élevé. Ces recherches aboutissent à la conception de plusieurs prototypes développés en technologie intégrée (filière AsGa) pour lesquels le premier circuit présente une accordabilité fréquentielle de 19% en bande X tandis que le second montre qu’il est possible d’augmenter l’ordre de la fonction de filtrage réalisée par l’utilisation d’un dispositif d’isolation passif. Enfin, nous développons dans une dernière partie une topologie innovante associant les fonctions de filtrage, d’amplification et de commutation dans le but de réaliser un dispositif assurant une sélection de bande à la fois accordable en fréquence et modulable en bande passante. Basé sur une structure channélisée, ce circuit opère entre 9 et 15 GHz
The aim of this work is to extend a specific synthesis method dedicated to the design of microwave integrated active bandpass filters for radar applications (2-20 GHz). Starting from the state of art of active filters which leads us to point out several topologies based on actively coupled passive resonators, we investigate the possibility of designing devices showing frequency tunability and high-order filtering functions. The results of this work lead us to design several prototypes in integrated technology (GaAs substrate) in which the first one achieves 19% of frequency tuning in X-band whereas the second one shows that high order filtering functions can be achieved by the use of a specific passive isolator. Finally, we develop in a last part an original topology that associates filtering, amplification and switching functions so as to design an active filter achieving both frequency tunability and bandwidth multiplexing. Based on a channelized architecture, this circuit operates a frequency selection over the 9-15 GHz bandwidth

Les differentes technologies susceptibles d'assurer une fonction de filtrage passe-bande aux frequences microondes ainsi que leurs principales caracteristiques et performances (tant electriques que mecaniques) sont inventoriees. Puis, une technique originale basee sur l'utilisation d'interfaces dielectriques comme substituts de plans metalliques pour des dispositifs microondes est presentee. L'application du principe sur une cavite metallique cylindrique permet de mettre en evidence les performances de ces cavites a inserts dielectriques. La conception et la realisation d'un filtre 3 poles fonctionnant autour de 20 ghz valide alors ce type de cavite a fort coefficient de surtension. Ce travail permet aussi d'etudier une technique originale de synthese de filtre base sur l'utilisation de la methode des elements finis, ainsi qu'une approche segmentee, mais restant rigoureuse, de la resolution electromagnetique du dispositif par des calculs de parametres s generalises

Ce travail porte sur l'étude et la conception de dispositifs micro-ondes agiles pour les systèmes de télécommunications en utilisant les MEMS. Cette technologie n'est pas encore arrivé à maturité, mais elle offre déjà de très bonnes performances. Nous avons débuter par l'étude des filtres agiles. Après la réalisation d'un filtre bas sur une topologie classique, la topologie DBR (Dual Behavior Resonator) nous a permis de contrôler indépendamment et simultanément la fréquence centrale et la bande passante de notre filtre. Un filtre DBR a accord continu puis deux autres à variations discrètes ont été développés. Afin d'améliorer kes performance de ces deux dernières, nous les avons associées à des fonctions spécifiques de filtrage. Nous avons aussi élaboré une antenne à diversité de polarisation en associant un coupleur hybride à deux antennes fentes en réseau. En modifiant le déphasage en sortie du coupleur, nous changeons le sens de la polarisation circulaire de gauche à droite
This research work was aimed at designing reconfigurable microwave components for telecommunication systems by using MEMS. Even though this technology has not yet reached its full development, it already provides devices with really good performances. The first step consisted in investigations about reconfigurable filters. We first designed a switchable filter based on classical topology. Then, we used an original topology termed Dual Behavior Resonator (DBR), to independently and simultaneously control the central frequency and the bandwidth of our filter. We developed a tunable DBR filter ans two switchable one. The performances of the last two filters were improved by associating specific filtering functions with them. Finally, we designed a polarisation diversity antenna. Such a device results from the association of a two slot antennas network with a branch-line hybrid coupler. A phase shift at the end of the coupler allows switching the right and left polarisations

Cette these est consacree a l'etude et au developpement des applications d'une nouvelle architecture de filtres passe-tout actifs. L'objectif est de se servir de cette structure large bande comme element de conception de circuits nettement plus complexes (un generateur vectoriel et un modulateur numerique lineaire direct sur frequence porteuse micro-ondes) et de permettre ainsi leur integration en technologie mmic. Apres avoir dresse, au chapitre i, un bilan des techniques actuelles de conceptions des filtres passe-tout et situer l'interet de nos travaux, nous presentons au chapitre ii l'etude theorique d'une nouvelle structure active passe-tout a base de transistors mesfets ou hemts. Deux applications potentielles de ce circuit sont alors analysees, toujours de maniere theorique : un dephaseur analogique et un generateur de signaux en quadrature. Nous developpons, au chapitre iii, les etapes de conceptions de deux circuits mmic bases sur notre nouvelle structure passe-tout : un amplificateur tres large bande 0. 1-10 ghz a gain variable et un generateur de signaux deux voies en quadrature a amplitude variable. Au chapitre iv, nous presentons le dessin des masques de ces circuits. Nous analysons les resultats des mesures sous pointes des puces mmic realisees et nous les comparons avec ceux obtenus en simulations. Le chapitre v est consacre a l'etude de generateurs vectoriels concus a partir des fonctions passe-tout decrites au chapitre ii. Un premier generateur vectoriel quatre quadrant tres large bande 0. 5-3 ghz, destine a etre totalement integre en technologie mmic, est analyse et simule. Les mesures des parametres s d'un second circuit, realise en technologie hybride en reportant une puce mmic d'un generateur de signaux deux voies en quadrature a amplitude variable sur un substrat d'alumine, nous permettent alors de mieux apprecier les performances de notre structure passe-tout. Le chapitre vi presente les etapes de conceptions d'un modulateur numerique maq en bande ku utilisant des filtres passe-tout actifs pour d'obtenir la quadrature des deux porteuses micro-ondes. Les performances de ce modulateur en tant qu'emetteur blu sont analysees et comparees a d'autres realisations existantes.

Ce memoire presente l'application des modes de galerie des resonateurs dielectriques a trois types de dispositifs hyperfrequences integres : les filtres passe bande, les combineurs de puissances et les oscillateurs. Pour chaque cas, les techniques de realisation courantes sont presentees. Puis, des topologies basees sur la propagation du mode de galerie dans le resonateur sont proposees et etudiees. La conception et l'optimisation de ces dispositifs sont realisees a l'aide de l'analyse electromagnetique par la methode des elements finis. Celle ci est appliquee dans un premier temps a la caracterisation du couplage entre un resonateur dielectrique excite sur un mode de galerie et deux lignes microrubans paralleles. Par la suite, l'analyse electromagnetique globale des dispositifs est presentee. Afin d'en faciliter l'etude et l'optimisation, une approche par segmentation et chainage des matrices de repartition generalisees est decrite. Ce travail a permis l'optimisation et la realisation de dispositifs en technologie microruban fonctionnant principalement dans la bande de frequence ku. Les mesures experimentales soulignent l'excellente prediction des resultats grace a l'analyse electromagnetique. Les filtres presentent des bandes passantes tres etroites. Un rendement de combinaison superieur a 82% est obtenu pour un combineur de puissances deux voies. Enfin, une topologie originale d'oscillateur a resonateur dielectrique est proposee. La frequence d'oscillation et la puissance de sortie theoriques presentent un tres bon accord avec l'experimentation.

Les filtres microondes passifs représentent une partie très importante des systèmes de télécommunications modernes: systèmes embarqués sur satellite, système de téléphonie mobile, etc. . . Actuellement, pour répondre aux nouveaux besoins d'intégration et de réduction des pertes d'énergie tout en assurant des performances de filtrage optimales, les concepteurs cherchent à améliorer les dispositifs existants ou à développer de nouvelles structures. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse s'inscrivent dans ce contexte. Nous proposons ainsi,l'introduction et l'étude de nouvelles topologies de résonateurs hyperfréquences et filtres microondes passifs présentant de faibles encombrements et des pertes d'énergie réduites comparés aux systèmes traditionnels. Un résonateur en cavité métallique à inserts diélectriques est utilisé pour limiter les pertes ohmiques et ainsi réduire les pertes d'insertion de filtres opérants dans la bande [10,95-12. 75] GHz. La section rectangulaire du résonateur nous permet d'éliminer les vis de couplage (utilisant les modes orthogonaux TE101 etTE011) et éliminer des pics de transmission parasites autour de la bande du filtre. Une nouvelle famille de résonateurs nommés wired-patch a également été introduite. Ces résonateurs présentent différentes configurations (géométrie rectangulaire, circulaire) et technologies (microruban; LTCC multi-niveaux). Ils permettent de réduire considérablement l'encombrement des filtres opérant dans la bande [1. 9-2. 4] GHz, tout en présentant des niveaux de pertes d'insertion équivalents à des filtres comparables réalisés en technologie planaire classique. Les étude théoriques menées au cours de ces travaux sont réalisées à l'aide d'un logiciel d'Eléments Finis développés au sein du laboratoire et/ou par des modèles théoriques adaptés aux résonateurs proposés. Afin de concevoir des filtres hyperfréquences, nous avons appliqué des méthodes de synthèse classiques et développé des outils spécifiques. Enfin, différentes maquettes expérimentales ont été réalisées et testées avec succès, confirmant ainsi l'intérêt des différentes topologies de résonateurs et filtres proposées
Passive microwave filters represent a vey important feature in many modern telecommunications systems. Size and loss reductions are the main goals to achieve and researchers around the world are looking for new structures to match these needs. The research work done and summarized in this thesis is to be insert in this context. Here we propose some new passive resonating and filtering structures showing reduced size and energy loss compared to the classic ones

Ce travail de thèse traite de la conception, la fabrication, le test et l'optimisation de filtres deux pôles reconfigurables en fréquence intégrant de nouveaux matériaux ferroélectriques développés dans le cadre d'un projet de l'Agence Nationale de la Recherche ACOR2. Dans une première étape, des briques de base constituées de capacités MIM et interdigitées et de résonateurs ont été étudiées pour évaluer les performances des matériaux et guider les fabricants à optimiser les propriétés en fonction de l'application envisagée. Puis, les capacités discrètes ferroélectriques ont été associées à des résonateurs microruban gravés sur un substrat d'alumine pour réaliser des filtres de type Tchebychev reconfigurables en fréquence de bande passante 6,6 %. Une agilité de 10 % (de 380 MHz à 420 MHz) a été obtenue sous un champ électrique de 1,5 kV/mm. Les pertes d'insertion sont de -2,9 dB à 0 V et le coefficient de réflexion est inférieur à - 11 dB à 420 MHz
This thesis work discusses the design, manufacture, testing and optimization of a two-pole tunable band-pass filter, integrating new ferroelectric materials developed for a project of the National Agency for Research, ACOR2. In the first step, MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitors, interdigitated capacitors and resonators were studied to assess the performance of materials and guide manufacturers to optimize the properties of the intended application. Then, the ferroelectric discrete capacitors were associated with microstrip resonators etched on alumina substrate to create two-pole tunable Bandpass Chebyshev filters of 6. 6 % fractional bandwidths. The filters tune from 380 MHz to 420 MHz (10 %) under a 1. 5 kV/mm electrical field. The insertion loss is -2. 9 dB at zero bias and the return loss was better than 11 dB at 420 MHz

La conception de filtres hautes fréquences requiert l’optimisation des paramètres physiques du filtre afin d’obtenir une réponse en fréquence qui remplit les conditions imposées par le gabarit de fréquence. Cette optimisation dépend de simulations électromagnétiques. La résolution de ces équations aux dérivées partielles étant très couteuse en temps de calcul, nous proposons de développer des modèles pour le filtre qui permettent de réduire le nombre de simulations EM nécessaires au réglage du filtre. Le but recherché est d’incorporer ces modèles dans une méthode de conception assistée par ordinateur. Dans cette thèse, je propose différentes approches pour la modélisation du filtre. La première approche utilise la matrice de couplage du filtre, qu’elle décrit en fonction des paramètres physiques. La deuxième approche modélise les paramètres S en fonction de ces mêmes paramètres. Dans la première méthode, on se concentre essentiellement sur l’extraction de la matrice de couplage physique. On introduit une technique pour estimer la matrice de sensibilité (le Jacobien) qui lie les paramètres physiques aux paramètres de couplage. Cette estimation utilise les sensibilités adjointes des paramètres. L’utilisation de cette information réduit drastiquement le nombre de simulations EM et donc le temps de calcul global. Une deuxième approche utilise le concept de méta-modèle. L’idée maitresse de cette approche est que l’évaluation de ce modèle est numériquement beaucoup plus avantageuse que celle des simulations EM. Les méthodes développées sont tour à tour appliquées à la conception de filtres complexes qui sont réalisés en technologie microstrip
The design of microwave bandpass filter generally requires optimization or fine-tuning of the physical design parameters in order to meet the electrical specifications given by a frequency template. In this thesis we develop models to assist the designer in the time-efficient physical design of the distributed element microwave filters. The aim is to incorporate these models in different CAD methods. By a time-efficient design, we mean a design that requires a low number of EM simulations. The EM-simulations typically represent the most time-consuming step during the optimization process. We propose different modeling approaches for the frequency response behavior of the filter. The first approach models the coupling matrix as a function of the physical design parameters and the second approach models the scattering parameters, again as a function of the physical parameters. In the first part we focus on the extraction of the coupling matrix. We introduce a novel CAT technique based on an efficient estimation of the Jacobian of the function relating the design parameters to the coupling parameters. The estimation of the Jacobian uses adjoint sensitivity analysis, which drastically reduces the number of required EM-simulations. In the second part of the thesis we propose an alternative modeling approach which is based on the concept of a metamodel. The idea is that the metamodel is numerically much cheaper to evaluate than the original simulation model while keeping an acceptable accuracy. We apply these methods to several state of-the-art microstrip bandpass filters