Les applications de variation de vitesse des machines alternatives mettent en oeuvre des réseaux Modulés en Largeur d’Impulsion (MLI). La commande de ces machines nécessite la connaissance de données comme la vitesse ou la position du rotor. La transmission des données par Courant Porteur en Ligne (CPL) sur le réseau d’énergie permet de simplifier l’installation et l’entretien du système, d’augmenter sa fiabilité et de réduire son coût. Les modems CPL actuellement disponibles ne sont pas compatibles avec les applications de variation de vitesse. Le bruit (tension MLI) de type impulsionnel ainsi que l’atténuation du signal de communication à travers les câbles d’énergie sont les deux principaux obstacles au déploiement du CPL sur les réseaux MLI. Le développement d’une solution spécifique est donc nécessaire pour pouvoir utiliser le CPL. A partir du banc d’essai, le moteur, les câbles triphasés de longueurs de 10, 60 et 110 mètres et l’onduleur ont été modélisés et une fonction de transfert du canal est obtenue et validée par des mesures., La tension MLI a été mesurée et caractérisée. À partir de ces données, un calcul du rapport canal à bruit (CNR) a permis d’identifier les fréquences centrales optimales. Deux paires de coupleurs (Rx, Tx) sont réalisées autour de ces fréquences avec une bande passante de 10MHz. Un simulateur de communication intégrant le modèle du canal et du bruit a été développé. Le banc d’essai a été enrichi avec un système de modulation/démodulation QAM complet. Les résultats de simulation, en termes de puissance, débit et TEB, sont ensuite comparés aux résultats obtenus par le banc d’essai. / Pulse Width Modulated (PWM) networks are used in adjustable-speed drive applications. Data like, speed and rotor position, coming from sensors on the motor, are necessary for the control. Other data like, temperature and current value are important for monitoring purposes. Using Power Line Communication (PLC) techniques to transfer data from those sensors to the control has some numerous benefits. The most obvious are, simplified installation and maintenance, increase of reliability and reduction of cost. Unfortunately, PLC modems used in low-voltage sinusoidal network are not compatible with this type of application. In fact, the PLC signal suffers from power cables attenuation. In addition, the PWM voltage can generate high level noise in the bandwidth used by traditional PLC modems. Therefore, a specific PLC solution is needed in this type of applications. To find an optimized solution, the motor, the inverter as well as the cables (10, 60 and 110 meters) are modeled by a chain matrix. The transfer function calculated from the model is verified by measurements. Afterward, the PWM voltage is measured and characterized. Using the transfer function in addition to the PWM measurements, the Channel to Noise Ratio (CNR) is calculated. The CNR provides the best two center frequencies for PLC couplers. For each frequency, a couple of couplers (Tx, Rx) of 10MHz width is made. A communication simulator is made using channel model and noise (PWM) measurements. In addition, the test bench is upgraded with a QAM modem. A wide comparison is made between results (output power, bit rate and BER) obtained from the test bench and from simulations.

Face aux enjeux énergétiques actuels, l’électronique de puissance est un domaine de recherche de premier plan. La relative fragilité des composants présents dans les chaînes de conversion implique néanmoins de devoir prendre en compte la gestion des défaillances dès la phase de conception. La défaillance d'un composant est une situation hautement critique tant sur le plan de la sécurité environnante que sur le plan de l'indisponibilité du système qui en découle. Cette problématique de sûreté de fonctionnement constitue la ligne directive de ce travail de thèse, visant à imaginer, et concevoir des solutions permettant de sécuriser ces structures en présence de défauts. Dans cette thèse, nous étudions de nouveaux composants magnétiques offrant un excellent compromis entre la densité de puissance traitée et rendement de conversion, mais très sensibles à toutes perturbations électriques. Une méthode de pré-dimensionnement des composants magnétiques a été développée et des solutions ont été apportés pour sécuriser et maintenir le fonctionnement de la chaîne de conversion suite à l’apparition de plusieurs défauts. / In the research field, power electronics is an important issue in the actual energy challenges. Nowadays, new converters, called « multilevel or multicell converters », are used in many applications requiring high-current with high-power density. This is due to their high frequency performances and good waveforms signals. The main advantages of such converters concern the high efficiency and good system integration. Most embedded systems are required to maintain operation even if failures or faults occur. New magnetic devices called InterCell Transformers (ICTs) in multicell converters help to improve the efficiency and compactness. Nevertheless, such magnetic components are inherently sensitive to any impecfection coming from the converter. The goal of this PhD thesis is to bring solutions to make ICTs more fault tolerant. Therefore, a pre-design methodology for a robust ICT is presented in order to maintain the operation after the occurrence of one or several faults. Several solutions are presented and detailled

Ce mémoire vise à étudier la conception, la fabrication et la caractérisation de filtres à base de coupleurs contra-directionels en silicium. Ceux-ci sont un type de filtre optique encore peu connu, semblable à des réseaux de Bragg, mais réfléchissant dans un autre guide d'onde. Afin de comprendre pourquoi les filtres optiques sont importants à améliorer, ce mémoire commence en expliquant la base des communications optiques. Sont ensuite expliqués les principes de la photonique sur silicium, et comment arriver à manipuler la lumière à l'aide des matériaux utilisés en électronique. Les différents dispositifs existants en silicium sont énumérés, avec une attention particuliére portée aux filtres optiques. Le principe de fonctionnement des coupleurs contra-directionels est expliqué en détail au chapitre 2. Celui-ci reformule les principes de base connus, en rajoutant des détails sur la simulation de l'apodization et du bruit de phase. La recherche originale en laboratoire à ce sujet est exposée dans les chapitres 3 et 4. Le premier article démontre qu'il est possible de fabriquer des coupleurs contra-directionels avec un processus de photolithographie malgré la précision requise. Le deuxième utilise des coupleurs contra-directionels pour créer un filtre accordable ayant la plus grande plage d'accordabilité mesurée sur silicium. Tester ces dispositifs fut une part importante du travail et de l'apprentissage. Ainsi, le dernier chapitre est consacré à la caractérisation des dispositifs sur silicium à l'aide d'un montage automatisé. Ce chapitre a pour but d'expliquer en détail toutes les étapes du design, de l'alignement et des tests afin de documenter la procédure pour les nouveaux étudiants. Au final, ce travail démontre que les coupleurs contra-directionels en silicium sont une solution envisageable pour plusieurs applications nécessitant des filtres optiques, tel que les réseaux reconfigurables et les canaux de communication large bande. / This memoir aims to study the design, fabrication and characterization of filters based on contra-directional couplers on silicon. These are a type of filter still little known, similar to Bragg gratings, but reflecting the light in an other waveguide. To understand why optical filters are important to improve, this memoir starts by introducing the basis of optical communications. The principles of silicon photonics are then explained, to understand how to manipulate light using micro-electronics materials. The devices available on silicon are enumerated, with a special attention given to optical filters. Contra-directional couplers are explained in detail in chapter 2. This chapter explains the known principles, adapting them to be able to simulate apodization and phase noise in these devices. The original laboratory research is shown in chapters 3 and 3. The first article demonstrates that it is possible to fabricate contra-directional couplers using photolithography despite the small features required. The second one uses contra-directional couplers to create a tunable filter displaying the greatest tunable bandwidth range measured in silicon filters. Testing these devices has been an important part of the work. The last chapter is about the characterization of silicon devices using an automated setup. This chapter aims to explain all the details of the design, alignment and test to document the procedure for future students. In sum, this work shows that silicon contra-directional couplers are an appealing solution for many applications which require optical filters such as reconfigurable networks and broadband channels.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l'analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d'attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d'analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s'appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l'accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l'entrée de commande est construite en utilisant l'historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s'intéresse aux aspects de périodicité et de robutesse du contrôle d'attitude de satellite rencontrés notamment lors de l'utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s'appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l'orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en oeuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d'attitude dont l'effort de commande est réparti sur l'ensemble des actionneurs.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l’analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d’attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d’analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s’appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l’accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l’entrée de commande est construite en utilisant l’historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s’intéresse aux aspects de périodicité et de robustesse du contrôle d’attitude de satellite rencontrés notamment lors de l’utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s’appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l’orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en œuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d’attitude dont l’effort de commande est réparti sur l’ensemble des actionneurs. / This manuscript reviews contributions to the development of systematic methods for analysis and control of periodic uncertain systems. An important part of this thesis is also dedicated to the design of attitude control systems for satellites whose dynamics is naturally represented as a periodic model subject to uncertainties. The first part is devoted to the developpement of a unifying presentation of the analysis and synthesis results of periodic, uncertain and discrete-time models via methods relying on linear matrix inequalities (LMI) and based on Lyapunov theory. Subsequently, the focus is on a new class of periodic control laws with memory for which the control input is constructed using history of the states of the system kept in memory. Numerical experiments show that these new degrees of freedom can outperformed the existing results. The second part deals with periodic and robustness aspects of attitude control of a satellite using magnetorquers. These actuators use the geomagnetic field that varies periodically along the orbital trajectory. Different control strategies are implemented and compared with one another with the constant concern of taking the main limitations of the actuators into account. This approach leads to a new control law regulating the momentum of the reaction wheels without disturbing attitude control for which the control effort is shared by all actuators.

L’objectif de ce travail de thèse est le développement en technologie intégrée standard d’une structure de ligne de transmission optimisée en termes de pertes, d’encombrement, de facteur de qualité et surtout du choix du niveau de couplage aux fréquences millimétriques. Cette structure a été nommée CS-CPW (Coupled Slow-wave CoPlanar Waveguide). Dans un premier temps, la théorie ainsi que les modèles électriques des CS-CPW sont présentés. Grâce aux modèles et aux simulations électromagnétiques, des coupleurs directionnels avec plusieurs valeurs de couplage (3 dB, 10 dB, 18 dB) ont été conçus en technologie BiCMOS 55 nm. Ils présentent tous une très bonne directivité, elle est toujours supérieure à 15 dB. Un premier prototype de coupleur a été mesuré à 150 GHz. Dans un deuxième temps, des filtres à la base des lignes couplées ont été développés à 80 GHz en utilisant des lignes CS-CPW. Les résultats des simulations présentent des résultats concurrentiels avec l’état de l’art : 11% de bande passante relative et un facteur non-chargé autour de 25. Finalement, trois projets ont démarré à la base de ces lignes. Ces projets sont actuellement utilisés dans deux travaux de thèse et un stage : un RTPS à 47 GHz, un isolateur à 75 GHz et un balun à 80 GHz. / This work focuses on high-performances CS-CPW (Coupled Slow-wave CoPlanar Waveguide) transmission lines in classical CMOS integrated technologies for the millimiter-wave frequency band. First, the theory as well as the electrical models of the CS-CPW are presented. Thanks to the models and electromagnetic simulations, directional couplers with different coupling levels (3 dB, 10 dB, 18 dB) were designed in BiCMOS 55 nm technology. They have a good directivity, always better than 15 dB. A first prototype of a coupler was measured at 150 GHz presenting good agreement with the simulations. Next, coupled-line base filters were developed at 80 GHz using the CS-CPWs. Simulation present competitive results with the state-of-art: 11% of fractional bandwidth and a unload quality factor of 25. Finally, three projects started based on the CS-CPWs. The projects are currently used in two theses and one internship: a RTPS at 47 GHz, an isolator at 75 GHz and a balun at 80 GHz.

L'intégration des nouveaux éléments basés sur la physique des plasmas dans le domaine des circuits et des systèmes micro-ondes est l'objectif de ce travail. En profitant des caractéristiques électromagnétiques des plasmas et en jouant sur leur architecture, on développe des micro-commutateurs micro-ondes et d'autres circuits radio et hyperfréquences en technologies microrubans ou en guide d'onde… La simulation de la propagation des ondes électromagnétiques dans un plasma et les études de l'interaction entre un plasma et les ondes électromagnétiques nécessite la connaissance des paramètres fondamentaux du plasma comme la permittivité. C'est pour cela qu'on étudie aussi les mesures plasmas par différents techniques comme la transmission/réflexion des ondes électromagnétiques, la perturbation des cavités résonnantes, ... Un schéma électrique équivalent modélisant un micro-commutateur hyperfréquence en plasma, est obtenu grâce aux mesures des courants de décharge électrique, à la rétro-simulation et aux techniques de modélisation numérique. Un coupleur directif hybride compact est utilisé pour les mesures plasmas en assurant la protection du matériel et de l'équipement de mesure des signaux d'un plasma. / Integration of new plasma-based elements for RF and microwave circuits and systems is the goal of this work. Taking advantage of electromagnetic characteristics of plasmas and playing on their architecture, we develop microwave micro-switches and other RF and microwave circuits by different technologies such as microstrip, waveguide circuits. The simulation of the propagation of electromagnetic waves in plasma and studying the interaction between plasma and electromagnetic waves require a pre-knowledge of its basic intrinsic parameters such as permittivity for that we also study measures and plasma different techniques like transmission/reflection of an electromagnetic waves, cavity perturbation technique... An equivalent electrical circuit modeling the plasma will be used for modeling microwave micro-switches. It is obtained by measurements of electric discharge currents, the reverse CAD simulation and numerical modeling techniques. A compact hybrid directional coupler is used to measure plasma and to protect test equipment from dangerous signals of the electrical discharge.

La technologie MID (Molded Interconnect Device), fait de leur performance électrique, la flexibilitédans les circuits RF, le potentiel de réduire le nombre de composants, les étapes du processus et laminiaturisation du produit final, a conduit à de nouvelles contraintes à la RF (Radio Frequency) et ledomaine des micro-ondes. Composants moulés sont interconnectées avec des substratsthermoplastiques et les pistes conductrices sont injectés sur la surface. L'objectif de cette thèse estd'étudier la compatibilité de MID pour les applications RF. Les avantages de la technologie MID dansle domaine RF est exploitée pour les lignes de transmission, filtres passifs, coupleurs directionnels etantennes réalisation. La caractérisation RF de différents matériaux de substrat MID et l'étude de laperformance des composants RF ci-dessus sur la base de différentes technologies de fabrication MIDsont inclus dans la thèse. Enfin, le concept d'une étude d'amélioration de la permittivité de certainsthermoplastiques sont également étudiés. / MID (Molded Interconnect Devices) technology, owing to their electrical performance,flexibility in RF circuits, its potential to reduce the number of components, process steps andminiaturization of the final product, has led to some new constraints to the RF (RadioFrequency) and microwave domain. Molded components are interconnected withthermoplastic substrates and conductive traces are injected on the surface. The objective ofthis thesis is to study the compatibility of MIDs for RF applications. The advantages of MIDtechnology in the RF domain is exploited for transmission lines, passive filters, directionalcouplers and planar and 3D antennas realization. The RF characterization of various MIDsubstrate materials and the study of the performance of the above RF components based onvarious MID fabrication technologies are included in the thesis. Finally, an permittivityimprovement study of some thermoplastics are also studied.

La technologie MID (Molded Interconnect Device), fait de leur performance électrique, la flexibilitédans les circuits RF, le potentiel de réduire le nombre de composants, les étapes du processus et laminiaturisation du produit final, a conduit à de nouvelles contraintes à la RF (Radio Frequency) et ledomaine des micro-ondes. Composants moulés sont interconnectées avec des substratsthermoplastiques et les pistes conductrices sont injectés sur la surface. L'objectif de cette thèse estd'étudier la compatibilité de MID pour les applications RF. Les avantages de la technologie MID dansle domaine RF est exploitée pour les lignes de transmission, filtres passifs, coupleurs directionnels etantennes réalisation. La caractérisation RF de différents matériaux de substrat MID et l'étude de laperformance des composants RF ci-dessus sur la base de différentes technologies de fabrication MIDsont inclus dans la thèse. Enfin, le concept d'une étude d'amélioration de la permittivité de certainsthermoplastiques sont également étudiés. / MID (Molded Interconnect Devices) technology, owing to their electrical performance,flexibility in RF circuits, its potential to reduce the number of components, process steps andminiaturization of the final product, has led to some new constraints to the RF (RadioFrequency) and microwave domain. Molded components are interconnected withthermoplastic substrates and conductive traces are injected on the surface. The objective ofthis thesis is to study the compatibility of MIDs for RF applications. The advantages of MIDtechnology in the RF domain is exploited for transmission lines, passive filters, directionalcouplers and planar and 3D antennas realization. The RF characterization of various MIDsubstrate materials and the study of the performance of the above RF components based onvarious MID fabrication technologies are included in the thesis. Finally, an permittivityimprovement study of some thermoplastics are also studied.