Etude et réalisation de filtres et d'antennes intégrés pour applications radiofréquences et micro-ondes
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Abstract EN:
Wireless communications have progressed very rapidly in recent years, and many systems are becoming smaller and smaller. The miniaturization requirement is important, so the amplifiers, baluns, antennas and filters must have their dimensions reduced accordingly. It is within this context that we are interested in the realization of filters and miniature antennas in the range of radio frequencies for telecommunications systemes and wireless networks. The works presented in this thesis goes in two directions. The first concerns the study and realization of filters with the available multilayer technology. It offers the possibility to integrate passive components such as inductors, capacitors, resistors and transmission lines. The study is performed on planar filters with lumped elements, distributed elements or coupled lines. The investigations concern the possibility of integrating filtering function on the multilayer technology for wireless systems and the study of the behavior of the technology around 26GHz. Several electromagnetic (EM) simulations are performed on combline filters with a coplanar structure. Some prototypes are realized in order to validate the results and calibrate the HFSS EM simulator. Finally, an analysis based on simulatons is performed to obtain reconfigurable filters with Varicap or PIN diodes. The second part covers the design, realization and characterization of miniature antennas with multilayer technology for wireless networks. Some generalities on the measurement conditions and main characteristics of antenna are introduced. The study focuses on the meander line antenna operating between 1GHz and 5GHz. An analytical model set by the antenna geometrical parameters is established with the use of design of experiment method. In addition, a study and validation of a dual band meander line antenna are performed in order to cover the WLAN standard. Finally, EM simulations on the antenna patches are performed in order to look at the possibilities offered by multilayer technology at higher frequencies.
Abstract FR:
Ces dernières années, les systèmes de communication sans fil ont progressé très rapidement. Ils continuent d'évoluer et sont devenus de plus en plus petits tout en intégrant de plus en plus de fonctions. Cette miniarisation devient un point important dans la conception de fonctions radiofréquences telles que les amplificateurs, les baluns, les antennes et les filtres. C'est dans ce cadre que nous nous sommes intéressés à la réalisation de filtres et d'antennes miniatures dans la gamme des radiofréquences pour les systèmes de télécommunication et les réseaux sans fil. Les travaux présentés dans ce mémoire s'organisent autour de deux axes. Le premier concerne l'étude et la réalisation de filtres avec la technologie multicouche à notre disposition. Cette dernière offre la possibilité d'intégrer des éléments passifs tels que des inductances, des capacités, des résistances et des lignes de transmission. L'étude est orientée vers des filtres planaires constitués d'éléments localisés, distribués ou de lignes couplées. Les investigations concernent la possibilité d'intégration de la fonction de filtrage sur la technologie multicouche pour les systèmes sans fil et le comportement de la technologie autour de 26GHz. Plusieurs simulations electromagnétiques sont menées sur des filtres Comblines en structure coplanaire. Quelques prototypes sont réalisés pour valider les résultats obtenus et calibrer le simulateur électromagnétiques HFSS. Enfin, une analyse, basée sur des simulations, est faite pour obtenir des filtres accordables ou reconfigurables à base d'iodes Varicap ou de diodes PIN. Le second thème concerne l'étude, la réalisation et la caractérisation d'antennes miniatures avec la technologie multicouche pour les réseaux sans fil. Quelques généralités surles conditions de mesures et les principales grandeurs caractéristiques d'une antenne sont introduites. Le travail porte sur l'études d'antennes à méandres fonctionnant entre 1 et 5GHz. Un modèle analytique paramétré par les dimensions géométriques de l'antenne est établi avec l'utilisation de plans d'expériances. De plus, une étude et la validation d'une antenne à méandres bibandes sont réalisées pour couvrir le standard WLAN. Enfin, des simulatioins éléctromagnétiques sur des antennes patches ont permis de regarder les possibilités qu'offre la technologie multicouche à des fréquences plus élevées (26GHz et 77GHz).