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Introduction aux guides d’ondes intégrés au substrat
Introduction aux guides d’ondes
L’étude des lignes dans le domaine des micros ondes s’étend de 30 MHz à 300GHz, la bande la plus utilisée s’étend de 1 à 30 GHz, qui correspond à un intervalle [10, 300] mm, ou il y a trois types de technologie :
La technologie micro lignes.
La technologie lignes coaxiales.
La technologie guides d’ondes.
De la même manière que les lignes de transmission, les guides d’ondes sont utilisés pour transférer de l’énergie électromagnétique d’un point à un autre, donc c’est un système qui sert à guider les ondes électromagnétiques ou les ondes acoustiques c’est à dire un système de guidage qui laisse propager les ondes TEM. Il est notamment utilisé en physique, en optique et en télécommunication…etc. Pour guider les ondes, le système est généralement constitué de deux matériaux différents. Il peut aussi être constitué d’un seul matériau avec un gradient d’indice. La technologie dépend du spectre électromagnétique des ondes que l’on veut guider :
en optique, on peut utiliser une fibre optique ou un guide d’optique intégré,
en micro-ondes, on utilise des tuyaux métalliques à section souvent rectangulaires,
en radiofréquences, on utilise des lignes de télégraphistes bifilaires, des lignes microstrip ou des câbles coaxiaux.
Les lignes de transmission sont utilisées souvent pour transférer de l’énergie électromagnétique en mode TEM (Transverse Electrique Magnétique) dans une large gamme d’ondes (du kilométrique au centimétrique (Hyperfréquence)). Pour des fréquences allant jusqu’à 3GHz, on utilise principalement le câble coaxial. Au delà de cette fréquence les pertes sont considérables. Cependant de spécial court câble coaxial peut être utilisé jusqu’à 50 GHz. Quant à la ligne micro ruban, elle est utilisée dans les circuits intégrés micro-ondes.Les guides d’ondes rectangulaires ou cylindriques, sont utilisés souvent pour transférer de l’énergie électromagnétique en modes TE (Transverse Électrique) ou TM (Transverse Chapitre I Généralités sur les guides d’ondes 4 Magnétique) pour des fréquences de l’ordre et supérieures à la dizaine de GHz (hyperfréquences), pour lesquelles on trouve essentiellement des applications radar ou des télécommunications spatiales.
Introduction aux guides d’ondes intégrés au substrat
La haute sélectivité, de faibles pertes d’insertion, une taille réduite et un cout limite sont autant de questions essentielles dans la conception et la fabrication de circuits hyperfréquences. Malheureusement, une technologie traditionnelle, soit planaire ou nonplanaire, est incapable de fournir toutes ces caractéristiques à la fois. En effet, les guides d’ondes rectangulaires présentent de faibles pertes d’insertion, une bonne sélectivité et une bonne platitude. Cependant, ils sont encombrants, couteux à fabriquer et leur intégration avec d’autres circuits planaires exigent une transition spécifique. D’autre part, les circuits planaires possèdent un faible facteur de qualité. En revanche, ils présentent une bonne compatibilité, un poids négligeable et un faible cout de fabrication au regard des solutions volumiques. Ces contraintes antagonistes nous ont conduits à utiliser la technologie SIW afin de combiner les avantages respectifs des technologies citées auparavant. Ce concept associe l’utilisation d’une technologie de réalisation planaire de type micro-ruban et le fonctionnement de cavités volumiques. Techniquement, les guides d’ondes sont enterrés dans le substrat. Les faces latérales sont remplacées par des rangées de trous métalliques qui relient les faces supérieures et inferieures du filtre. Ces structures peuvent être réalisées par des processus planaires classiques (PCB, LTCC, …) .
Les lignes micro ruban
Les lignes planaires se composent de deux parties : le substrat, couche généralement diélectrique et à faible perte, et une métallisation sur les deux faces du substrat, partielle ou totale selon le type de ligne envisagée. L’ensemble des composantes est ainsi situé sur le même plan. La ligne micro-ruban est un ruban conducteur déposé sur un substrat diélectrique muni d’un plan de masse. La ligne micro ruban, représentée par la Figure I.7 est une construction simple de circuit imprimé et qui se compose d’une bande conductrice en métal de largeur « W » et longueur « l » placée sur un substrat diélectrique non magnétique entièrement métallisé sur la face inférieure. Le substrat a une épaisseur « h » et une constante diélectrique « εr ».
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Table des matières
Remerciement
Liste des figures
Liste des tableaux
Bibliographies
Introduction générale
CHAPITRE I : Généralités sur les guides d’ondes
I.1 Introduction aux guides d’ondes
I.1.1 Différents types de guides
I.1.2 Guide rectangulaire
I.1.2.1 Étude des modes TE
I.2.2.2 Étude des modes TM
I.1.3 Guide planaire
I.2 Modes de propagation
I.3 Introduction aux guides d’ondes intégrés au substrat
I.3.1 Paramètres des guides d’ondes intégrés au substrat
I.3.2 Les lignes micro ruban
I.3.2.1 Matériaux du substrat
I.3.2.2 Propagation d’onde TEM
I.3.3 Transition des lignes micro-rubans aux guides d’ondes intégrés au substrat
I.4 Conclusion
CHAPITRE II : Présentation du logiciel CST MICROWAVE STUDIO
II.1 Introduction
II.2 Analyse numérique avec Microwave Studio de CST
II.2.1 Construction du modèle numérique
II.2.2 Configuration du modèle
II.2.3 Simulation numérique et optimisation
II.3 Méthodes Rigoureuses
II.3.1 Méthode des Moments MoM
II.3.2 Méthode des éléments finis
II.3.3 Méthode des différences finies dans le domaine temporel
II.3.4 Méthode de la matrice des lignes de transmission TLM.
II.4 Conclusion
CHAPITRE III : Présentation des résultats de simulation III.1Introduction
III.2Conception d’un guide SIW fonctionnant dans la bande X
III.2.1Étude paramétrique
III.3Transition de la ligne micro-ruban à SIW
III.3.1 Étude paramétrique
III.4Comparaison entre SIW et le demi-mode (HMSIW)
III.4.1 Théorie du HMSIW (Half Mode SIW)
III.4.2 Résultat de conception et de comparaison
III.4.3 Étude paramétrique
III.5 Conclusion
Conclusion générale
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