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1 - TECHNOLOGIE

2 - CONCEPTION ASSISTÉE PAR ORDINATEUR (CAO)

3 - PERFORMANCES

4 - DOMAINES D’APPLICATIONS – PERSPECTIVES

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : E1172 v3

Technologie
Structures de guidage HF - Technologie et applications

Auteur(s) : Michel NEY, Camilla KÄRNFELT, Benjamin POTELON

Date de publication : 10 déc. 2025

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RÉSUMÉ

Les structures de guidage HF connectent les composants d'un système ou apportent la puissance nécessaire. Des techniques de calcul ont été développées pour les concevoir et pour obtenir les meilleures performances. Cependant, leur mise en œuvre dépend de l'application et de la fréquence d'opération. Dans cet article, divers procédés en technologies planaires et multicouches sont présentés. Ensuite, le concept de matrice de répartition d'un dispositif utilisé en conception assistée par ordinateur est abordé. 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 émérite à l’Institut Mines-Télécom, IMT Atlantique à Brest, France

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

  • Benjamin POTELON : Professeur l’Institut Mines-Télécom, IMT Atlantique 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 [E 1 170] et la théorie fondamentale des structures guidantes en général, exposée dans l’article [E 1 171]. En effet, l’objectif général de ces deux articles, il faut le rappeler, est de conduire à la mise en œuvre effective des dispositifs 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 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 sont présentés les aspects matériels de la technologie (matériaux et techniques physico-chimiques de fabrication). Dans une seconde étape, on s’intéresse 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’intéresse 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 sont présentés.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations et des symboles utilisés.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-e1172


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1. Technologie

1.1 Substrats

Les performances obtenues avec les circuits sont très dépendantes de la qualité des substrats diélectriques (voire semi-conducteurs) employés pour leur réalisation. En effet, le matériau choisi sera déterminant pour l’obtention de faibles pertes et d’une grande stabilité de la constante de propagation, conditions indispensables pour assurer le bon fonctionnement d’un circuit micro-ondes, même avec des contraintes d’utilisation sévères (température, humidité, vibrations).

Divers matériaux ont été développés, avec des permittivités relatives variant de 2 à 12 pour les plus courants , ainsi que le montre le tableau 1.

Ce tableau n’est pas exhaustif. Des nouveaux matériaux sont toujours en cours de développement afin d’améliorer la performance, diminuer le coût de production, et ainsi satisfaire des normes ou proposer des solutions inédites. Dans un aussi large choix, le concepteur doit décider quels critères sont les plus importants. Le choix peut être orienté par la disponibilité des fabricants, des sous-traitants, de la pratique dans l’entreprise ou du coût. Plus généralement, on peut dire qu’on utilise un matériau suffisamment bon au niveau des performances hyperfréquences (par exemple angle de pertes), de gestion thermique (conductivité thermique) et adapté à son milieu de fonctionnement (CET) (tableau 1) en permettant de diminuer le facteur de forme (permittivité relative haute, et/ou solution multicouche), si ce dernier est un critère important. Les matériaux souples sont généralement moins coûteux que les céramiques ou verres, tandis que les semi-conducteurs sont les plus chers par unité de surface. Par contre, la permittivité relative pour les matériaux organiques est faible, ce qui ne permet pas de miniaturiser les dispositifs fonctionnant en basse fréquence. En même temps, cette caractéristique...

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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) - CHENU (S.), COUPEZ (J.-P.), KARPUS (F.), TOUBLANC (B.) -   Development of new technologies using foam materials for RF device integration.  -  European Microwave Conference (EuMC), p. 326-329 (2013).

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

  • (5) - 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).

  • ...

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 de systèmes, et de calculs électromagnétiques, en rapport avec cet article. Il présente également des liens directs vers les fournisseurs de logiciels et les logiciels libres.

Dans le cadre de la simulation mutiphysique, les simulateurs électromagnétiques les plus connus ont des moteurs pour le couplage des champs avec d’autres phénomènes physiques, surtout mécaniques et plus rarement avec la biothermie (calcul en dosimétrie). Cependant, on peut noter un logiciel disponible en ligne qui permet le couplage sur demande de l’utilisateur de nombreux phénomènes :

https://www.comsol.fr/products

On peut coupler des simulateurs de chimie, électromagnétique, transfert de chaleur, mécanique et d’écoulement de fluide.

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