Domaines d’applications. Perspectives
Structures de guidage HF - Technologie et applications
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Domaines d’applications. Perspectives
Structures de guidage HF - Technologie et applications

Auteur(s) : Michel NEY, Camilla KÄRNFELT

Date de publication : 10 août 2016 | Read in English

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RÉSUMÉ

Les structures de guidage HF connectent les composants d'un système ou amènent la puissance nécessaire. Des techniques de calcul ont été développées pour les concevoir et obtenir les meilleures performances (atténuation et dispersion minimales). Cependant, leur mise en œuvre technique dépend de l'application et de la fréquence d'opération. Dans cet article, différents procédés en technologies planaires et multicouches sont présentés. Ensuite, des aspects concernant la conception assistée par ordinateur sont abordés comme la matrice de répartition d'un dispositif ainsi que celle d'un ensemble d'éléments connectés. Puis, les performances comme l'atténuation et la tenue en puissance de plusieurs structures de guidage sont discutées. Enfin, quelques applications et perspectives sont présentées.

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Auteur(s)

  • Michel NEY : Professeur à l’Institut Mines-Télécom, Télécom Bretagne à Brest, France

  • Camilla KÄRNFELT : Ingénieure d’études à l’Institut Mines-Télécom, Télécom Bretagne à Brest, France

INTRODUCTION

Dans cet article, on aborde un point de vue fondamental qui justifie à lui seul le développement des techniques numériques déjà exposées dans l’article [E1171] et la théorie fondamentale des structures guidantes en général, exposée dans [E1170]. En effet, l’objectif général de ces deux articles, il faut le rappeler, est de conduire à la mise en œuvre effective des circuits planaires micro-ondes et millimétriques. Reste donc un volet important qui concerne les aspects pratiques et technologiques de ces structures. Il a été souligné que la forme des guides dépend de plusieurs facteurs comme la fréquence d’opération, la puissance transportée et l’application qui demande parfois des faibles coûts ou/et la mise en œuvre sur des substrats dédiés à l’intégration avec d’autres composants pour une plus grande compacité. C’est pourquoi, dans une première étape seront présentés les aspects matériels de la technologie (matériaux et techniques physico-chimiques de fabrication). Dans une seconde étape on s’intéressera aux techniques d’aide à la conception des circuits. En effet, un guide ou tout autre composant peut être représenté par une matrice de répartition reliant les puissances transmises et réfléchies aux différents accès. Lorsque ceux-ci sont connectés à d’autres modules, il est possible de représenter la matrice de répartition globale qui tient compte des connexions internes. Ensuite, les performances en termes d’atténuation due principalement aux pertes dans les diélectriques et par conduction sont exposées, les autres types de pertes étant brièvement discutés. De plus, on s’intéressera à la limitation en puissance due aux phénomènes d’échauffement et de claquage, en décrivant brièvement leur mécanisme et en donnant quelques exemples numériques. Enfin, les domaines d’applications et les perspectives des circuits micro-ondes et millimétriques seront présentés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1172

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4. Domaines d’applications. Perspectives

Depuis la mise au point de substrats de qualité micro-ondes et l’apparition de logiciels de CAO incluant la modélisation des lignes ouvertes, de plus en plus de réalisations en circuits micro-ondes font appel à l’emploi de lignes planaires de transmission. En effet, bien que les modes transportés par ces structures soient plus complexes que les modes transportés par les structures de guidage homogènes, elles présentent des avantages manifestes sur le plan :

  • de l’encombrement et du poids ;

  • de la facilité de réalisation dans le cas de lignes gravées ;

  • de la miniaturisation ;

  • de la facilité d’insertion des composants actifs ;

  • du coût lorsqu’il s’agit de production en séries importantes.

4.1 Domaines d’applications

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4.1.1 Circuits passifs

On va trouver dans cette catégorie des circuits réalisés soit sur substrat Téflon, soit sur substrat alumine essentiellement, soit en technologie membrane. Les fonctions actuellement réalisées en laboratoire ou commercialisées sont très variées et sont pour la plupart similaires à celles que l’on peut obtenir en guide d’ondes, par exemple. On peut citer de façon non exhaustive :

  • les transitions entre lignes planaires (transition microruban-ligne à fente, par exemple) ;

  • les diviseurs de puissance (Wilkinson) ;

  • les filtres (à tronçons de lignes, à résonateurs) ;

  • les coupleurs (branch-line, de Lange, directif) ;

  • les circuits d’adaptation des antennes à large bande (balun) ;

  • les circulateurs et isolateurs en microruban (sur substrat anisotrope en ferrite) ;

  • les structures à métamatériaux (lignes et planaires) [E1170] ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HOFFMAN (R.K.) -   Handbook of microwave integrated circuits. –  -  Artech House Inc. Norwood (1987).

  • (2) - LAVERGHETTA (T.S.) -   Microwave materials and fabrication techniques. –  -  Artech House Inc. Norwood (2000).

  • (3) - SCHMITT (S.) -   La microélectronique hybride – La couche épaisse,  -  Hermes, Paris, (1990) ISBN 2-86601-232-1.

  • (4) - PERSON (C.), RIUS (E.), COUPEZ (J.-PH.) -   Hybrid 3D integrated circuits at millimeter-wave frequencies : advantages and trends. – Chap. 4 – Millimeter waves in communication systems.  -  Editor : Michel Ney, Hermes Penton Sciences : Innovative technology : Information systems and networks, p. 68-93 (2002).

  • (5) - IMANAKA (Y.) -   Multilayered low temperature co-fired ceramics (LTCC) technology –  -  Springer, New York (2005) ISBN 0-387-23130-7.

  • ...

1 Outils logiciels

Une liste de logiciels pour le calcul électromagnétique, pouvant être utiles à la caractérisation de guides, discontinuités ou de systèmes, serait bien longue à établir. Il existe depuis quelque temps un site (la pérennité ne peut cependant pas en être assurée) qui recense de façon assez complète les principaux logiciels commerciaux ou de laboratoires :

http://www.clemson.edu/ces/cvel/modeling/EMAG/csoft.html

On y trouve à la fois les logiciels de modélisation de circuits et systèmes et de calculs électromagnétiques, pertinents avec cet article. Il y a aussi des liens directs vers les fournisseurs de logiciels et les logiciels libres.

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