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

Pour les systèmes de communication par satellite, des filtres avec de très bonnes performances électriques sont indispensables afin de rejeter les signaux indésirables dans de nombreuses parties de la chaîne de communication. Les technologies fort-Q peuvent répondre à cette exigence mais elles conduisent souvent à des dispositifs encombrants. D'autre part, les technologies compactes faible-Q souffrent généralement d'une dégradation des performances électriques en termes de pertes d'insertion, de sélectivité et de platitude. Pour répondre à une demande croissante concernant la réduction de la taille, il est essentiel de développer des filtres hyperfréquences compacts avec des performances électriques améliorées.Pour le filtre de réception, le défi est de concevoir un filtre passe-bande compact avec une réponse plate dans la bande passante et une forte réjection hors bande. Les pertes d'insertion ne sont pas cruciales et peuvent être compensées par un amplificateur en laissant ainsi un espace pour la conception de filtre à pertes. Un tel filtre accepte des pertes supplémentaires, qui peuvent être distribués dans le réseau afin de fournir une transmission plate dans la bande passante et une forte sélectivité hors bande.Dans le cadre de cette thèse, des nouvelles méthodes de synthèse de dispositifs de filtrage ont été étudiées et développées dans le but d’améliorer les performances tout en conservant un encombrement réduit. Ces méthodes ont été validées pour la conception de filtres de récepteur dans la charge utile de satellites de télécommunication dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire Xlim, le Centre National d’Etudes Spatiales et Thales Alenia Space. / For satellite communication systems, high performance filters are needed in order to reject unwanted signals in many parts of the communication chain. High quality factor (Q) technologies can meet this requirement, but they often lead to bulky devices. On the other hand, compact technologies are generally low Q and suffer from a degradation of electrical performances in terms of insertion loss, selectivity and flatness. To meet a growing demand concerning size reduction, it is essential to develop compact microwave filters with improved electrical performances.For a receive filter, the challenge is to design a compact bandpass filter with a flat response in the passband and a sharp transition in the passband edges. The insertion loss is not crucial and it can be compensated by the amplifier, leaving a room to the design of a lossy filter. Such a filter accepts additional losses, which can be distributed in the network in order to provide a flat transmission in the passband and a sharp selectivity.In this thesis, new synthesis methods for filtering devices have been studied and developed to improve performances while maintaining a small footprint. These methods have been validated for the design of filters for a receiver in payload satellites as part of collaboration between the Xlim laboratory, the France National Space Centre and Thales Alenia Space.