Filtres et multiplexeurs hyperfréquences en technologie Air-Filled Substrate Integrated Waveguide pour applications spatiales

Abstract

L'émergence de nouvelles applications micro-ondes et millimétriques dans les secteurs de l'automobile et des communications, y compris l'Internet des objets (IoT), la cinquième génération de mobile (5G) et le nouvel espace, nécessite le développement de nouvelles technologies alternatives offrant un compromis approprié en termes de taille, de poids, de puissance et de coût (SWaP-C). Ce changement de paradigme est essentiellement dû à l'augmentation du débit de données, conduisant à la croissance des différentes bandes passantes. Étant donné qu'un nombre de plus en plus important de systèmes sont en concurrences pour l'occupation du spectre fréquentiel, la communauté des hyperfréquences est poussée à développer de nouveaux systèmes innovants à des fréquences plus élevées avec une efficacité accrue et un degré d’intégration élevé.Ce changement de paradigme a fortement stimulé le développement de systèmes micro-ondes et millimétriques à faible coût, à haute performance, hautement intégrés, compacts et pouvant être produits en masse. Au coeur d'un système, les filtres micro-ondes et millimétriques sont des dispositifs essentiels permettant de sélectionner l'information utile. Les filtres à faibles pertes sont très recherchés dans les circuits d'émission et de réception pour obtenir un rendement élevé et un faible niveau de rapport signal à bruit. La façon conventionnelle d'obtenir de faibles pertes est d'utiliser des résonateurs à haut facteur de qualité. Pour la plupart des applications à haute performance, la technologie des guides d'ondes rectangulaires (RWG) est utilisée pour être conforme aux spécifications sévères requises par l'industrie. Néanmoins, cette technologie devient prohibitive en termes de coût lorsqu'une production de masse est nécessaire. Pour réduire le coût de ces composants, l'utilisation de la technologie émergente des guides d'ondes intégrés au substrat (SIW) a été proposée. Cette technologie bénéficie d’un faible coût de fabrication et est facilement intégrable dans un système basé sur des circuits imprimés. La technologie SIW est une bonne candidate pour les applications qui nécessitant un faible coût avec des performances électriques moyennes, mais pour les applications de hautes performances, comme le nouvel espace, les performances atteintes ne sont pas conformes aux spécifications demandées, ce qui rend l'implémentation de la technologie SIW restrictive pour les applications haute performance.Récemment, le guide d'ondes intégré au substrat rempli d'air (AFSIW), basé sur les procédés standards de circuit imprimé multicouche (PCB), semblerait répondre aux exigences des applications de constellation de satellites, car il offre un compromis entre les technologies classiques RWG et SIW. Cette structure vise à réduire considérablement les pertes d'insertion du milieu de propagation, tout en maintenant le fort aspect d'intégration à faible coût. C'est donc une bonne candidate pour la future génération de charges utiles de satellites.Compte tenu du contexte présenté, les travaux menés au cours de cette thèse de doctorat ont été orientés vers la mise en oeuvre de la technologie AFSIW pour les nouvelles applications spatiales. Une attention particulière a été accordée à la proposition, à l'analyse, au développement et à la mise en oeuvre de concepts novateurs et originaux pour les fonctions de filtrage hyperfréquence. Le travail proposé est basé sur la théorie classique des guides d'ondes en tirant parti des procédés de fabrication standards des circuits imprimés pour permettre le développement de filtres et de multiplexeurs répondant aux spécifications des applications spatiales.Cette thèse de doctorat met en lumière les dernières avancées réalisées dans le développement de filtres hyperfréquences et de multiplexeurs utilisant la technologie AFSIW. Elle détaille, en partant des idées de départ, des démonstrations théoriques, des simulations et des validations expérimentales avec les prototypes fabriqués. [...]