Boudreau, Israël (2012) Étude d'un déphaseur large bande en technologie de guide d'ondes intégré au substrat. Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal.
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Résumé
L’électronique est un domaine en émergence depuis plus de 60 ans. En
effet, depuis que le premier transistor a vu le jour un peu avant les
années 50, la complexité des circuits n’a cessé d’augmenter. Cependant,
il n’y a pas que les circuits intégrés qui se complexifient et évoluent
dans ce domaine. Les supports des circuits intégrés, soit les « PCBs »
ce qui signifie « Printed Circuits Boards » ou en français « circuits
imprimés » sont tout aussi importants lors de la conception d’un système
électronique. Ils font bien sûr l’interconnexion entre les circuits
intégrés, mais aussi souvent une bonne partie du traitement
hyperfréquence (filtres, déphaseurs, antennes). Lorsqu’un grand facteur
de qualité est requis, il n’est plus possible d’utiliser des lignes de
transmission. Il faut alors utiliser des guides d’ondes. Ces guides sont
généralement très performants, mais sont aussi coûteux et difficiles à
intégrer. Une nouvelle classe de ces guides, les guides d’ondes intégrés
au substrat (ou en anglais « Substrate Integrated Waveguide »), a vu le
jour il y a un peu plus de dix ans. Ces derniers ont l’avantage, comme
leur nom l’indique, d’être intégrés directement dans le substrat, ou le
circuit imprimé. L’utilisation de ceux-ci permet de diminuer les coûts
de production et le poids. Du même coup, nous augmentons la densité de
composants tout en obtenant un excellent facteur de qualité. Il est
alors très intéressant de concevoir le plus de circuits possible en
utilisant ce guide d’ondes. Le présent document détaille l’analyse
complète d’un nouveau type de déphaseur large bande utilisant la
technologie de guides d’ondes intégrés au substrat. La méthode de
déphasage proposée consiste à placer une tranche d’un diélectrique au
centre de la structure. Ainsi, en comparant avec un guide de même
dimension, mais sans cette perturbation, il est possible de mesurer une
différence de phase. L’objectif de ce mémoire est de développer les
outils nécessaires à l’étude de différentes configurations de
déphaseurs. L’objectif final est d’étudier plusieurs formes de tranche
afin de trouver celle qui donne les meilleurs résultats en termes de
pertes d’insertion et de déphasage.
ABSTRACT
Electronic is an
emerging field since the 60’s. Indeed, from the day that the first
transistor has been manufactured, a little bit before the 50’s, the
complexity of electronic circuits didn’t stop increasing. Nevertheless,
there are others fields than integrated circuits that become more
complex in this area. The «PCB» or «Printed Circuit Board», the
component that supports the ICs, is as important as the integrated
circuits during the fabrication process of an electronic system. It
interconnects the integrated circuits together but also has to process a
great part of the microwave signals (filters, phase shifters,
antennas).When a large quality factor is required, it is not possible to
use transmission lines. Waveguides have to be used. These guides are
usually very efficient but are very expensive and difficult to
integrate. A new class of waveguides, the Substrate Integrated
Waveguides (SIW), was proposed more than ten years ago. As seen in their
name, these guides have the advantage to be integrated directly into
the substrate, or into the PCBs. This technology reduces the production
costs and the weight. At the same time, it increases the components
density while providing an excellent quality factor. It is then
interesting to use a lot of SIW in the integration of microwave
systems.
This document presents the complete analysis of a new kind of broadband
phase shifters designed with the SIW. The proposed method to realize the
phase shift consists of a dielectric slab placed in the middle of the
structure. Thus, by comparing the phase shift of this waveguide with
another having the same dimensions but without this perturbation, a
phase difference can be observed. The objective of this project is to
develop the required tools to study different phase shifter
configurations. The final goal is to study some forms of slot to find
the optimal which gives the best results in term of insertion loss and
phase shift.To simplify the theoretical analysis, a SIW can be replaced
by an equivalent rectangular waveguide.
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