Les systèmes modernes de télécommunication touchent un public de plus en plus large, ce qui induit inexorablement une utilisation intensive de la gamme hyperfréquence. Pour éviter la saturation des services disponibles, les spécifications concernant les systèmes sont de plus en plus exigeantes. Ces contraintes drastiques sont reportées sur les différents éléments et en particulier sur les filtres. C'est dans ce contexte que nous présentons une nouvelle technologie de réalisation de filtres, l'objectif étant d'améliorer les performances électriques des filtres sans renoncer à la facilité de réalisation des circuits. Ainsi, dans le premier chapitre, nous introduisons les deux techniques historiques de fabrication de filtres, les technologies planaire et volumique. Puis une association de ces deux technologies appelée Substrate Integrated Waveguide (SIW) est présentée. Elle consiste à créer des cavités enterrées à l'intérieur d'un substrat planaire. Dans le deuxième chapitre, nous proposons des améliorations concernant cette technique SIW, celles-ci concernent non seulement les topologies des résonateurs mais aussi les possibilités de couplages entre les résonateurs. Enfin, dans le troisième chapitre, nous présentons une nouvelle topologie de filtre basée sur une recombinaison entre éléments planaires et cavités intégrées. La synthèse de ce résonateur est aussi décrite dans cette partie. Les avantages de cette nouvelle topologie sont une conception aisée ainsi que des bonnes performances électriques.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d'émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s'orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d'accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s'agit d'une nouvelle approche d'agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif.

Le but de ce travail était de développer des filtres passe-bande RF dans la technologie de PCB, avec trois objectifs principaux. Le premier objectif était de développer des formules de synthèse tosimplify la procédure de conception du filtre. Le deuxième était de parvenir à un rejet wideout bande sans modifier les caractéristiques de la bande de filtrage. Le troisième objectif est de contrôler la fréquence centrale du filtre en utilisant diode varicap. / The purpose of this work was to develop RF bandpass filters in PCB technology,with three main objectives. The first objective was to develop synthesis formulas tosimplify the design procedure of the filter. The second was to achieve wideout-of-band rejection without modifying the in-band filtering characteristics. Thethird objective was to control the center frequency of the filter by using varactordiode.The bandpass filter topology treated in this thesis is based on Stub-LoadedResonators (SLR). The main features of this filter topology were treated. Equivalentcircuits based on J-inverters and susceptance parameters were derived. Based onthese equivalent circuits, synthesis formulas were developed. Simulations werepresented to validate the synthesis theory. For a proof-of-concept, third orderstripline bandpass filters were designed and fabricated based on this synthesis.Analysis technique using odd- and even- mode was achieved on the SLR. Thusresonance odd- and even-mode conditions were derived. These conditions aim toeasily control the first spurious frequency. Moreover, to go further in improving theout-of-band rejection a new technique, called “U corner structure”, was developedand design rules were derived. Based on these design rules an extended out-of-bandrejection was achieved without any modification in the passband and by maintainingthe compactness of the filter. A first spurious frequency was localized at up to ninetimes the working frequency in the case of the Parallel-coupled Stub-Loadedresonator (PC-SLR) filter. Also, by applying this technique into the classicalparallel-coupled filter the first and second spurious frequencies were rejected. Toaddress the issue of tunable filters, the SLRs were correctly loaded by variablecapacitors (varactor diode). The center frequency of the PC-SLR filter was easilycontrolled by maintaining a large out-of-band rejection.

Ces travaux de thèse portent sur l‟étude de filtres « multi-fonctions » dont l‟objectif serait de réduire les dimensions des circuits réalisant les fonctions de filtrage dans les systèmes aéroportés. Ces travaux ont donc conduit à la réalisation de filtres large bande (2 – 18 GHz) réjecteurs développés en technologie MMIC utilisant la filière GaN, ainsi que des filtres large bande développés suivant la filière AsGa en technologie MMIC. Les différents filtres réjecteurs ont été conçus suivant deux principes :- Le premier basé sur une structure à résonateurs à lignes couplées. Les différents prototypes réalisés ont permis de montrer l‟accordabilité en fréquence grâce à une charge variable placée à l‟extrémité non court-circuité de la ligne couplée. Celle-ci peut être réalisée par une diode varactor ou par un transistor froid. Ces prototypes ont également permis de montrer la possibilité de fonctionner suivant un mode passe-tout ou un mode réjecteur par simple polarisation de transistors chargés à l‟extrémité de la ligne couplée.- Le second est basé sur l‟accordabilité de filtres actifs par commutation entre plusieurs canaux à l‟aide d‟une structure distribuée. Un prototype a été développé et réalisé en technologie AsGa. Cette structure permet à la fois une accordabilité en fréquences, ainsi qu‟en largeur de bande passante (par activation de plusieurs canaux de bandes passantes adjacentes), et une adaptation large bande. Cette structure réunit à la fois des fonctions d‟accordabilité en fréquences (entre 8,7 et 15,6 GHz) par polarisation d‟éléments actifs, ceux-ci permettant même d‟obtenir du gain (de l‟ordre de 10 dB). / The aim of this work is to study “multi-functions” filters with an objective to reduce the dimensions of the circuits used for filtering functions in airborne systems. This work allows to obtain wide band notch filters (from 2 to 18 GHz) developed in MMIC technology using theEtude de Filtres MMIC Hyperfréquences en Technologies GaN et AsGa. 152GaN process and wide band filters developed in GaAs technology. The notch filters have been realized with two principles:- The first one based on coupled lines resonators structure. The prototype manufactured allow to validate the frequency tunability thanks to a variable load placed at the end of the coupled line. This can be realized with a varactor diode or with a cold transistor. These prototypes allow also validating the possibility for the circuit to work as an “allpass” filter or as a notch filter by applying a bias voltage on the transistors placed at the end of the coupled line.- The second one is based on the tenability of active filters by commuting between several channels thanks to a distributed structure. A prototype has been developed and manufactured in GaAs technology. This structure allow a frequency tunability with also the possibility to tune the bandwidth (by activating seeral channels with edge bandwidth), and a wide band matching. This structure allows to obtain frequency tunability (between 8.7 and 15.6 GHz) by applying a bias voltage on the active elements which brin gain (around 10 dB).

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d’émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s’orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d’accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s’agit d’une nouvelle approche d’agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif. / The proliferation of user needs in the field of telecommunications, has led to overexploitation of the frequency spectrum. This led to the scarcity of frequency bands leading to a need for efficient management of frequencies. Constraints were added to the transmitting / receiving systems and in particular on the filters to prevent the saturation of the services. In this thesis, work is mainly oriented towards the design of resonators, planar and volumetric (3D) tunable filters in the field of millimeter wave frequencies (> = 30 GHz) using a new tunable technique which is microfluidic. This is a new approach to agility which consists of circulating the material (conductive, dielectric or magnetic liquids) in a dielectric substrate through micro channels. The dielectric substrate used is a resin SU-8 which provides flexibility in the implementation of microchannels and volumetric structures thanks to its good form factor (≈ 50%). The circulation of fluid in the substrate allows to locally modifying the electromagnetic properties of the medium. This leads to a change in the resonant frequency of the device.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire s'inscrit dans l'objectif général d'étudier la faisabilité de filtres monolithiques radiofréquences (RF) à capacités commutées pour la radiocommunication mobile, et de pouvoir procéder à l'analyse et à la conception de ces filtres en technologie standard BiCMOS 0,35 μm. L'analyse comportementale de ces filtres a nécessité la mise au point d'un algorithme original basé sur le formalisme des matrices de conversion, dont le principe général consiste à effectuer une linéarisation des éléments non-linéaires autour du point de fonctionnement grand signal. Cette méthode d'analyse, spécialement utilisée pour l'analyse du bruit de phase des oscillateurs, semble à ce jour parmi les plus rigoureuses et les plus efficaces en terme de temps de calcul pour l'analyse de ce type de filtres. Traditionnellement, à basse fréquence la commande de ces filtres est réalisée à l'aide d'un registre à décalage. Cependant, cette technique n'est pas envisageable en RF. Une solution originale qui consiste à commander le filtre à partir d'un oscillateur en anneau contrôlé en tension et de portes logiques " ou exclusif " a été proposée. Grâce à cette solution, il a été montré que l'association d'un tel circuit de commande appliqué à ce type de filtre présente des avantages importants et par conséquent devrait le rendre beaucoup plus attractif pour les concepteurs. Pour répondre aux spécifications de la radiocommunication mobile, la structure classique du filtre a été optimisée pour réduire le facteur du bruit et augmenter la dynamique, ainsi une nouvelle architecture (filtre LC à capacités commutées) a été proposée. Des simulations ont été réalisées sur l'ensemble du circuit afin de prévoir les dégradations éventuelles qui peuvent être générées par ces circuits lors d'une transmission numérique (ex. p/4-DQPSK) et d'étudier ainsi l'impact du bruit de phase (gigue temporelle) généré par le circuit de commande sur le comportement du filtre. Parallèlement, un prototype composé d'un filtre LC à capacités commutées et de son circuit de commande a été fabriqué en technologie standard BiCMOS 0,35 mm, sur une puce de taille de 1,1 x 1,75 mm². Ce premier circuit a permis de prouver la faisabilité de cette architecture dans le domaine des RF. Les résultats expérimentaux confirment les simulations et sont susceptibles de rendre cette architecture originale attractive pour des applications radiofréquences.

Ce mémoire est consacré au développement de technologies de filtrage novatrices qui apportent un gain en performance permettant de répondre aux besoins de filtrage pour télécommunications spatiales à moyen et long termes. Il s’inscrit dans le projet ANR ATOMIQ coordonné par Thales Alenia Space ayant comme partenaires le laboratoire SPCTS et la société 3D CERAM. Le premier chapitre est constitué d’une étude bibliographique sur les filtres en bande Q et V ainsi que les technologies de fabrication 3D. Le deuxième chapitre est consacré à l’élaboration d’une nouvelle formulation d’alumine très pure à faible pertes et stable en température. Le troisième chapitre présente une conception de filtres hyperfréquences en bande Q et V à base de cavités résonantes diélectriques. Le quatrième chapitre concerne la fabrication des filtres par usinage en cru ainsi que la présentation des différents démonstrateurs fabriqués par stéréolithographie et moulage basse pression. Il présente aussi des solutions de correction post-fabrication par tir laser. Ce travail est original par l’utilisation de la stéréolithographie céramique 3D ainsi que du moulage basse pression pour fabriquer des filtres hyperfréquences de petites tailles en bande Q et V. / This thesis focus on the development of innovative filtering technologies that enhance the performance to meet the filtering requirements for spacial communications. It is part of the ANR project ATOMIQ coordinated by Thales Alenia Space with partners (SPCTS 3D CERAM). The first chapter consists of a literature review on the Q and V band filters as well as 3D manufacturing technologies. The second chapter is devoted to the development of a new formulation of highly pure, low losses and temperature stable alumina. The third chapter presents a microwave filter design in Q and V band based on a dielectric resonant cavity. The fourth chapter is about the manufacturing of filters and presentation of various demonstrators manufactured by stereolithography and low pressure molding. It also provides a post-production correction solutions based on laser shoots. This work is original because, to the best of our knowledge, 3D ceramic stereolithography and the low pressure molding have not been used to produce small sizes Q and V band microwave filters.