La technologie SIW, introduite dans les années 2000, suscite aujourd’hui un très vif intérêt pour la conception de circuits micro-ondes compacts, intégrés, faible coût et blindés par nature. Cependant, les guides d’onde métalliques, qui offrent de bien meilleures performances en termes de pertes d’insertion et de tenue en puissance, malgré un coût bien plus important, sont encore incontournables pour de nombreuses applications millimétriques. Afin de proposer une alternative intégrée et faible coût au guide d’onde rectangulaire, et de permettre une large exploitation du spectre millimétrique, cette thèse propose une nouvelle structure SIW appelée SIW creux. Cette nouvelle structure a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Aux fréquences millimétriques, comparativement au SIW, le SIW creux offre des pertes d’insertion trois fois plus faible ainsi qu’une tenue en puissance moyenne quatre fois plus importante. De nombreux dispositifs passifs SIW creux ont été conçus en prenant avantage du procédé de circuit imprimé multicouche mis en œuvre. Des coupleurs, déphaseurs, diviseurs de puissance, antennes et filtres ont été réalisés basés sur la technologie introduite. Leurs performances sont théoriquement et expérimentalement comparées avec leur contrepartie SIW afin de démontrer les avantages de la nouvelle technologie proposée. / The substrate integrated waveguide (SIW) technology, introduced in the early 2000s, has presently trigged a huge interest from academia to industry with the focus on the design and development of low-loss, compact, integrated, self-packaged and low-cost microwave and millimeter-wave circuits, antennas and systems. However, the classical metallic waveguide technology, which offers better performances such as lower insertion loss and higher power handling, has still been used in the design of microwave and millimeter-wave systems, despite its higher cost and bulky structure. To offer a highly integrated, further loss-reduced, low-cost alternative to the conventional waveguide and also to allow a wide-spread use of the millimeter-wave spectrum, this thesis research introduces a new SIW structure called Air-Filled SIW (AFSIW). This new structure has been theoretically and experimentally studied in details with a substantial amount of results. At millimeter wave frequencies, compared to the SIW topologies, the proposed AFSIW scheme exhibits a substantially lower insertion loss (three times, for example) and a much higher average power handling capability (four times, for example). Numerous AFSIW passive components have been investigated designed and demonstrated, which take advantages of the well-established multilayer printed circuit board (PCB) fabrication process. Couplers, phase shifters, power dividers, antennas and filters have been modeled, designed, prototyped and measured based on the introduced technology. Their performances have theoretically and experimentally been compared with their SIW counterparts to demonstrate and validate the benefits of the proposed technology.

Ce mémoire est consacré à la fois à l'exploitation d'une technologie multicouche et au développement de méthodes de synthèse et de concepts dédiés au filtrage hyperfréquence. <br /><br />Le premier objectif de notre travail vise à montrer les capacités et les avantages d'une technologie multicouche pour la réalisation de structures passives destinées à des applications spatiales. Les potentialités recherchées, et chères à l'industrie spatiale sont la réduction de taille à outrance. Ce point critique constitue encore aujourd'hui un enjeu majeur au niveau des fonctions passives. Nous montrons, au travers de structures de propagation spécifiques 2,5D et 3D, de quelles manières leur utilisation permet d'apporter des solutions attractives, notamment en termes d'accès à des gammes d'impédances caractéristiques et de couplages élargies. Celles-ci permettent de lever un grand nombre de verrous technologiques. Des topologies particulières du type « DBR » (Dual Behavior Resonator) et « open-loop » ont été examinées en s'appuyant sur les spécifications de référence d'un filtre d'un récepteur en bande C.<br /><br />Le second objectif concerne l'exploitation des couplages de proximité apparaissant dans les topologies de filtres plaqués à base de stubs, et plus particulièrement DBR, dans le dessein de concevoir des structures de filtrage plus performantes. Dans ce cadre, nous proposons une démarche de synthèse s'appuyant sur une matrice nodale.<br /><br />Enfin, nous faisons converger ces deux objectifs en exploitant conjointement des topologies DBR et l'outil de synthèse matriciel en contexte multicouche. Le développement de topologies multiniveaux permet d'apporter de nouveaux degrés de liberté dans la conception pour répondre aux besoins accrus de miniaturisation et de performance des dispositifs.

Les développements technologiques en télécommunication et microondes tendent depuis plusieurs années vers la miniaturisation des circuits, une réduction des coûts, des masses et des pertes dans ces dispositifs. Les circuits SIW (Substrate Integrated Waveguide) s'inscrivent tout à fait dans cette mouvance et font à l'heure actuelle l'objet de nombreux sujets de recherche avec des applications directes dans l'industrie. Les circuits SINRD (Substrate Integrated Non Radiative Dielectric), utilisent eux les propriétés du substrat usiné (insertion de trous) pour la propagation du signal et des fonctions de l'électronique peuvent également être développées avec cette technologie. La conception de ces circuits passe généralement par des outils peu performants car non dédiés. Dans ce travail de thèse, une méthode numérique dédiée à ces circuits est développée. Elle est validée par comparaison à d'autres méthodes numériques et des mesures. Elle présente des temps de calcul très faibles. De nouveaux dispositifs pour des applications en télécommunications spatiales bas coût et faibles pertes peuvent ainsi être développés grâce à elle.

Les développements technologiques en télécommunication et microondes tendent depuis plusieurs années vers la miniaturisation des circuits, une réduction des coûts, des masses et des pertes dans ces dispositifs. Les circuits SIW (Substrate Integrated Waveguide) s’inscrivent tout à fait dans cette mouvance et font à l’heure actuelle l’objet de nombreux sujets de recherche avec des applications directes dans l’industrie. Les circuits SINRD (Substrate Integrated Non Radiative Dielectric) utilisent eux les propriétés du substrat usiné (insertion de trous) pour la propagation du signal et des fonctions de l’électronique peuvent également être développées avec cette technologie. La conception de ces circuits passe généralement par des outils peu performants car non dédiés. Dans ce travail de thèse, une méthode numérique dédiée à ces circuits est développée. Elle est validée par comparaison à d’autres méthodes numériques et des mesures. Elle présente des temps de calcul très faibles. De nouveaux dispositifs pour des applications en télécommunications spatiales bas coûts et faibles pertes peuvent ainsi être développés grâce à elle. / For several years, technological developments in telecommunications and microwave circuit tend to miniaturization, low cost and mass reduction, in these devices. SIW Circuits (Substrate Integrated Waveguide) are developed in this manner and are currently the subject of numerous research topics with direct applications in industry. SINRD circuits (Substrate Integrated Non Radiative Dielectric) use micro machined substrate properties (insertion of holes) for signal propagation and electronic functions can be developed with this technology. The design of these circuits generally use unefficient tools that are not dedicated to these circuits. In this thesis, a numerical method dedicated to these circuits is developed. It is validated by comparison with other numerical methods and measurements. It presents very low computation time. New designs for applications in space communications and low-cost lowloss circuits may be developed through it.