La croissance de la demande de systèmes de communication sans fil à fréquences micro-ondes impose l'utilisation de technologies de production en masse. Le secteur industriel des circuits micro-ondes fait face au défi de trouver des méthodes de fabrication qui lui permet d'optimiser la performance des dispositifs, leur fiabilité et les coûts de production. Pendant des années, la fabrication en couche mince s'est imposée comme la technologie qui a dominé les marchés des circuits sans fil micro-ondes. Cependant, dans les années récentes, les progrès obtenus dans les matériaux utilisés pour la fabrication en couche épaisse et les avantages que cette dernière offre à la production en masse a provoqué une résurgence de cette technologie dans la fabrication de circuits de communication sans fil micro-ondes. Dans ce contexte, on a réalisé un mémoire de maîtrise qui vise à appliquer la technologie de fabrication en couche épaisse pour obtenir des lignes microruban à faibles pertes et des composants passifs micro-ondes fonctionnels. Ainsi, on a commencé par développer une méthode de fabrication qui utilise la sérigraphie comme système d'impression. Par la suite on a utilisé des instruments avec technologie de pointe pour caractériser les lignes microruban. Les résultats démontrent clairement que la méthode de fabrication développée permet de réaliser des lignes capables de fonctionner au-delà de 10 GHz tout en ayant des faibles pertes. Grâce à ces résultats, on a été capable d'utiliser la méthode de fabrication développée pour réaliser des composants passifs micro-ondes. Ainsi, on a fabriqué et caractérisé des microcâblages, des inductances et des filtres à lignes couplées. Les résultats obtenus à partir de la caractérisation des dispositifs démontrent que les composants fabriqués sont fonctionnels et qu'ils pourraient être utilisés dans plusieurs applications micro-ondes. Par conséquent, on a réalisé une modélisation préliminaire des microcâblages et des inductances afin de les inclure dans la bibliothèque des composants du logiciel de CAO. Ces modèles proposés permettront de réaliser des simulations des circuits. Les résultats permettent de confirmer que la technologie de fabrication en couche épaisse présente le potentiel nécessaire pour s'établir comme une technologie de choix pour la fabrication de circuits à fréquence micro-ondes.

Depuis plusieurs années, le domaine des télécommunications et des nouvelles technologies connaît un véritable essor. On assiste aujourd'hui à un engouement sans précédent du grand public pour les applications de communication multimédia (données, voix, photos, vidéos) et la demande est de plus en plus forte pour un transfert à haut débit entre des équipements communicants mobiles et à encombrement réduit. De plus, que le mode d'utilisation soit nomade ou sédentaire, les technologies radio sans fils (Bluetooth, WiFi, GPRS, UMTS, WiMax) connaissent un grand succès. Pour répondre à ces besoins croissants de communication sans fils à haut débit, les futures générations d'équipements vont faire appel à des antennes de plus en plus performantes. Celles-ci devront fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences ou sur une large bande. Mais elles devront aussi, pour des raisons pratiques et esthétiques, être intégrées aux systèmes radio, ce qui requiert la mise au point de structures compactes, discrètes et n'ayant pas de problèmes de compatibilité électromagnétique avec les circuits électroniques environnants. Pour répondre à ces différents objectifs, nous avons axé notre recherche sur les antennes tridimensionnelles qui offrent un grand nombre de degrés de liberté. Mais ces structures sont souvent complexes car elles comportent de nombreux paramètres. Afin de mieux les appréhender, nous proposons dans cette thèse d'élaborer une démarche de conception de ces antennes. Ainsi, nous commençons par l'étude systématique d'une antenne canonique constituée d'un dipôle placé à proximité d'une cavité métallique rectangulaire. L'effet des différents paramètres est analysé afin de mettre en évidence l'importance relative de chacun d'entre eux et de proposer ainsi une démarche de conception pour optimiser la bande passante et le rayonnement de l'antenne. Dans un deuxième temps, nous présentons la conception d'une antenne tridimensionnelle compacte, large bande et directive, l'antenne "sonde en F et triangle", qui offre l'avantage de présenter un diagramme de rayonnement stable en fréquence. Puis, fort de l'expérience acquise sur l'antenne dipôle, nous procédons de nouveau à une étude de l'influence sur l'impédance des différents paramètres de cette antenne complexe. Celle-ci permet d'élaborer une méthodologie de conception simple, rapide, efficace et générale. Nous pouvons ainsi optimiser l'antenne "sonde en F et triangle" et atteindre une bande passante en adaptation comprise entre 3.1 et 6.1 GHz. Le diagramme de rayonnement de cette antenne est stable sur la bande passante et le gain moyen de cette antenne est de 6 dB. Une caractérisation dans le domaine temporel est ensuite proposée afin de connaître le comportement de l'antenne dans une communication UWB. Enfin, l'antenne "sonde en F et triangle" est mise en cavité afin d'étudier ses propriétés lors de l'intégration dans un système radio. Des analogies et différences entre cette antenne complexe et le système {dipôle et cavité} sont également mises en évidence.

Les antennes microruban et en particulier l’antenne microruban rectangulaire sont étudiées et utilisées depuis plusieurs dizaines d’années.<p>Comme pour toute antenne, il est important de disposer pour ces antennes d’un modèle analytique qui permette une bonne compréhension du fonctionnement et fournisse de manière rapide des valeurs pour les principaux paramètres (fréquence de travail, impédance, gain, rendement et bande passante).<p>Au fil des ans, deux modèles, chacun comprenant de nombreuses variantes, ont été développés :le modèle dit « de la ligne de transmission » et le modèle dit « de la cavité ». Ces modèles sont soit peu rigoureux, soit complexes et donnent souvent des résultats assez éloignés de la réalité.<p>L’objectif de ce travail est double :définir un modèle qui soit d’une part aussi simple et direct que possible et d’autre part aussi précis que possible.<p>Le premier objectif est atteint dans la mesure où on n’utilise que la loi fondamentale du rayonnement des courants réels (électriques) en excluant tout recours à des courants virtuels (magnétiques).<p>Concernant l’objectif de précision, des comparaisons nombreuses avec des résultats d’un simulateur purement numérique et des mesures indiquent une amélioration pour tous les paramètres mais en particulier pour l’impédance qui est le point faible de tous les modèles existants.<p><p><p>Microstrip antennas and the rectangular microstrip antenna in particular have been studied and used for several decades.<p>As every antenna, the microstrip antenna requires a good analytical model that provides physical insight and an easy prediction of the antenna parameters (resonance frequency, impedance, gain, efficiency and bandwidth).<p>Over the years, two families of models have been developed, each involving many variants: the “transmission line” and the “cavity” models. These models either lack accuracy or are very complex and produce results that may be far away from reality. <p>The objective of this work is double: defining a model as simple and direct as possible and on the other hand as accurate as possible.<p>The first objective has been reached as all our calculations rest on the fundamental radiation formula by real (electrical) currents excluding any virtual (magnetic) currents.<p>Regarding accuracy, comparisons to numerical simulations and measurements show an improvement, in particular with regard to the prediction of the impedance parameters, which is the weak point of all existing models.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Avec l'émergence d'applications millimétriques telles que le radar automobile ou le WHDMI, la fiabilité est devenue un enjeu extrêmement important pour l'industrie. Dans un émetteur/récepteur radio, les problèmes de fiabilité concernent principalement les transistors MOS intégrés dans les amplificateurs de puissance, compte-tenu des niveaux relativement élevé des puissances. Ces composants sont susceptibles de se détériorer fortement par le phénomène de l'injection de porteurs chauds impactant lourdement les performances des amplificateurs. Ce travail de thèse concerne la conception et l'étude de la fiabilité des amplificateurs de puissance fonctionnant aux fréquences millimétriques en technologies CMOS avancées. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Les deux premiers chapitres concernent l'étude, la conception, la modélisation et la caractérisation des éléments actifs et passifs intégrés sur silicium et utilisés pour réaliser des amplificateurs de puissance aux fréquences millimétriques. Le troisième chapitre décrit les trois amplificateurs de puissance conçus et réalisés pour les tests de fiabilité. Enfin, le dernier chapitre propose une étude complète de la fiabilité de ces circuits jusqu'au calcul de leur temps de vie.

Les circulateurs à ferrite sont des dispositifs essentiels et indispensables dans les chaînes de communication radiofréquences. Ils assurent l’aiguillage des signaux selon leur provenance, en favorisant la propagation de l’onde EM dans une direction plutôt que dans une autre. De ce fait, ils permettent de dissocier les signaux d’émission et de réception. Ils utilisent les propriétés d’anisotropie et de non-réciprocité des matériaux ferrites lorsque ces derniers sont aimantés par un champ magnétique statique. Leur mise au point s’avère assez délicate. D’un point de vue industriel, pour répondre à un cahier des charges, sont souvent obligés aujourd’hui de partir de designs existants qu’ils font évoluer « au coup par coup » grâce au savoir-faire de quelques spécialistes. Des réglages longs, fastidieux, et coûteux sont donc nécessaires et ils ne garantissent pas toujours une solution optimum. Il est en outre souvent difficile d’imaginer de nouveaux designs. Le principal but de ces travaux de thèse est de mettre au point une méthode de conception fiable permettant de prendre en compte les phénomènes physiques mis en jeu (perméabilité tensorielle, effets magnétostatiques, modélisation numérique robuste) afin d’obtenir des dispositifs opérationnels, sans réglage et aux performances optimisées. / Biased ferrite circulators have known a great technological progress, searching for fulfill the exponential growth of many new applications. Their operation is directly linked to the anisotropic characteristic of ferrite material to create non-reciprocity phenomenon. Their design remains quite complicated in view of several limitations of their high-frequency modelization. The main goal of this thesis is to establish a complete methodology which aims to take into account all the physical features related to such a device, to offer a reliable results with optimized performances and to minimize the post-tuning step which remains problematic for the industry of circulators.

L’objectif de ces travaux est pour d’apporter des solutions innovantes à la réalisation de dispositifs passifs performants et compacts, susceptibles d’intéresser les concepteurs de circuits RF et millimétriques. Ces dispositifs sont basés notamment sur des lignes microrubans à ondes lentes sur substrat structuré, que cela soit sur PCB avec des vias borgnes pour la RF, ou nanostructurés sur membranes à nanofils pour le millimétrique. Les travaux complets comprennent (i) une analyse de la topologie, (ii) un développement du modèle équivalent validée par des simulations électromagnétiques (HFSSTM) et des mesures sur PCB et sur des membranes brésiliennes en millimétrique, (iii) des abaques de conceptions et (iv) des applications à la conception des nouveaux dispositifs passifs miniaturisés. Notre lignes offrent une grande souplesse de conception et peuvent être placées indifféremment sur le substrat structuré sans modification de leurs paramètres électriques. Un nouveau coupleur hybride miniaturisé par l’utilisation de cette ligne est présenté comme une preuve de concept. Pour aller plus loin, une étude comparable des structures de lignes microrubans couplées à ondes lentes est développée. Le principe du couplage sur substrat structuré est d’abord exposé avec une présentation de ses avantages et inconvénients, puis un modèle est également proposé dans le but de réaliser un coupleur co-directif 0-dB miniaturisé par l’utilisation de ces lignes. De plus, un des parties essentielles de ces travaux concerne l’utilisation de la structure microruban à onde lente pour la miniaturisation de dispositifs passifs non-réciproques : un nouvel isolateur microruban compact avec l’introduction de vias dans le ferrite et une nouvelle conception de circulateur miniaturisé sur le substrat ferrite-diélectrique avec un réseau de vias borgnes. / This work focuses on providing innovate solutions into the realization of high-quality and compact passive devices for designer on RF and millimeter-wave bands. These devices are based on slow-wave microstrip lines on structured substrate, either on PCB with blind vias for RF applications, or on metallic nanowire membrane. The complete works include (i) an analysis of topology, (ii) a development of equivalent model validated by the electromagnetic simulations (HFSSTM) and the measurements, (iii) design charts and (iv) applications on design of novel miniaturized passive devices. These transmission lines give the flexibility for designers and capability to be indifferently placed on structured substrate without any impact on their electrical parameters. A novel miniaturized hybrid coupler using this line is proposed, as a proof of concept. In the other hand, a comparable study on the structure of slow-wave coupled microstrip lines is developed. The principal of coupling on structured substrate is shown for their advantages and drawbacks and then an electrical model is also proposed in order to realize a miniaturized 0-dB forward-wave directional coupler using these lines. Moreover, an essential part of this thesis concerns the utilization of the slow-wave microstrip structure to miniaturize the non-reciprocal passive devices: a novel microstrip isolator with the introduction of vias inside the ferrite and a novel design of the miniaturized circulator on a ferrite-dielectric substrate with blind vias.

L’objectif de cette thèse est d’explorer de nouvelles technologies permettant de faciliter l’intégration des isolateurs dans les chaînes radiofréquences de satellites. Ces composants sont utilisés pour contrôler l’adaptation des amplificateurs dans les sections d’entrée et de sortie des équipements RF bas niveaux. Nous proposons deux voies de réalisation de ces isolateurs. Une première voie basée sur l’utilisation de matériaux ferricomposites est étudiée pour concevoir des composants en bande Ku. Une deuxième voie, basée sur l’utilisation d’hexaferrites de strontium et de baryum préorientés, a été étudiée pour concevoir des composants auto-polarisés (sans aimants) en bandes Q et Ka. / The goal of this PhD thesis is to explore new technologies that make possible to improve the integration of isolators in radiofrequency chain of satellites. These components are especially used to control matching of amplifiers.We propose two ways of producing these isolators. At first, ferricomposite materials are studied to design low-cost isolators at Kuband.Then, we studied pre-oriented strontium or barium hexaferrites to design self-biased components (without magnets) for Q and Ka band frequencies.

L'explosion des besoins et des attentes des équipements de radio communication, à l'exemple de la téléphonie mobile, a entraîné un accroissement exponentiel de la complexité des circuits électriques qui les composent, surtout les fonctions à base de composants passifs (filtre, coupleurs, ...). La technologie planaire reste une technologie attrayante pour la réalisation de filtres, en terme de coût, de volume, ainsi que des possibilités d'intégration. Dans ce contexte, le développement de circuits planaires (lignes de propagation, filtre, ...) performants et peu encombrants est à l'heure actuelle un domaine d'activité d'un intérêt fondamental. Dans un premier temps nous présentons un panorama des différentes solutions technologiques pour la réalisation de circuits hyperfréquences et nous détaillons les techniques proposées pour réduire la taille des composants passifs hyperfréquences constituant les éléments de base des circuits hyperfréquences. Nous proposons ensuite une méthode de synthèse d'une ligne de propagation miniaturisée à l'aide de l'ajout périodique d'une capacité localisée (ligne à onde lente). Des abaques de synthèse été développés et permettent au concepteur de choisir les différents paramètres de ces lignes pour obtenir le meilleur compromis miniaturisation - performances. La troisième partie est consacrée à un nouveau type de ligne de propagation pour lesquelles la charge capacitive est cette fois répartie sur l'ensemble de la longueur de la ligne de propagation. Ceci est rendu possible grâce à la présence de doigts métalliques flottants sous la ligne est ensuite proposé. Cette topologie de ligne intégrée garantit à la fois une miniaturisation et de meilleures performances électriques. Enfin, nous démontrons l'intérêt d'utiliser ces lignes à « ondes lentes » pour réaliser des filtres passe bande miniatures (plus particulièrement de filtres passe bande basés sur des résonateurs DBR) depuis la mise en équation jusqu'à leurs mesures.

Ce travail porte sur la modélisation électromagnétique des circulateurs à jonction-Y polarisé non-uniformément en vue de concevoir et de réaliser des structures ultraminiatures. L'originalité de cette étude repose sur l'approche théorique permettant de mieux décrire le comportement électromagnétique de la structure. Cette approche tient compte de la non-uniformité des différents champs apparaissant dans la structure (champ statique de polarisation, champs démagnétisants et champ interne) ainsi que de l'état d'aimantation du matériau ferrite. La réalisation de circulateurs microruban en bande X a permis de confronter des résultats expérimentaux aux réponses théoriques obtenues à partir de notre approche théorique et d'observer la dégradation des performances du dispositif due à la non-uniformité des champs statiques. A l'aide de modifications apportées à l'analyse électromagnétique, les réponses de dispositifs à base d'hexaferrites autopolarisés fonctionnant à la rémanence sont obtenues.

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.