UNIVERSITE DE LIMOGES Ahmed BASTI

202 Pages·2017·9.79 MB·French

by  Ahmed Basti

Développement de méthodes de synthèse pour la
conception de filtres hyperfréquences compacts et
optimisés en pertes
Ahmed Basti
To cite this version:
Ahmed Basti. Développement de méthodes de synthèse pour la conception de filtres hyperfréquences
compacts et optimisés en pertes. Electronique. Université de Limoges, 2014. Français. ￿NNT:
2014LIMO0023￿. ￿tel-01126835￿
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UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE Science et Ingénierie pour l’Information
FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES
Thèse N° [-----]
Thèse
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE LIMOGES
Discipline : Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Présentée et soutenue par
Ahmed BASTI

Le 25 Septembre 2014
Développement de méthodes de synthèse pour la conception de
filtres hyperfréquences compacts et optimisés en pertes
Thèse dirigée par Stéphane BILA et Serge VERDEYME

JURY :

Bernard JARRY Professeur à Université de Limoges - XLIM Président
Philippe FERRARI Professeur à l’Université Joseph Fourier - Grenoble Rapporteur
Christian PERSON Professeur à Télécom Bretagne - Brest Rapporteur
Hervé LEBLOND Ingénieur Thalès Alenia Space - Toulouse Examinateur
Ludovic CARPENTIER Ingénieur au CNES - Toulouse Examinateur
Stéphane BILA Chargé de Recherche CNRS - XLIM Examinateur
Serge VERDEYME Professeur à Université de Limoges - XLIM Examinateur

A ma femme, ma famille et mes amis

Remerciements

Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été effectués au sein du département
MINACOM (Micro et Nanotechnologies pour Composants Optoélectroniques et micro-
ondes) de l'Institut de Recherche XLIM UMR CNRS 6172, dirigé par Valérie
MANDRANGEAS, Professeur à l'Université de Limoges. Je lui exprime ma plus profonde
reconnaissance pour m’avoir accueilli dans son équipe.

Je remercie Monsieur Bernard JARRY, Professeur à l’Université de Limoges pour avoir
accepter de présider mon jury de thèse. J’adresse mes remerciements à Monsieur Christian
PERSON, Professeur à Télécom Bretagne-Brest et Monsieur Philippe FERRARI, Professeur à
l’Université Joseph Fourier de Grenoble, pour avoir accepté de rapporter sur mon travail de
thèse.

Je remercie Madame Laetitia RIGAUDEAU, Monsieur Ludovic CARPRNTIER,
Ingénieurs au CNES-Toulouse, Messieurs, Hervé LEBLOND et Damien PACAUD, Ingénieurs
à TAS-Toulouse, pour leur collaboration, leur disponibilité et pour leur présence parmi ce
jury.

J’adresse mes remerciements chaleureux à Monsieur Stéphane BILA, Chargé de
recherche au CNRS, pour avoir encadré cette thèse, pour son soutien, sa disponibilité, pour
la confiance qu'il m'a témoignée et ses encouragements pendant toute la durée de cette
thèse.

Je remercie également Monsieur Serge VERDEYME, Professeur à l’Université de
Limoges, pour avoir codirigé cette thèse, pour son aide, ces nombreux conseils et son
sympathie.

Je remercie également Messieurs, Aurélien PERIGAUD, Ingénieur de recherche au
CNRS, Nicolas DELHOTE, Olivier TANTO et Kamel FRIGUI, maîtres de conférences à
l’Université de Limoges pour leur aide et leur conseils. J’adresse mes remerciements à
Monsieur Damien PASSERIEUX, ingénieur à XLIM, pour son aide lors de la mise en place des
phases expérimentales.

Un merci généralisé à toutes les personnes qui durant ces trois années m’ont aidé et
soutenu dans cette grande aventure qu’est la thèse.
Enfin, je remercie tout particulièrement ma famille pour m’avoir encouragé pendant
ces nombreuses années. Sans oublier, mon épouse que je remercie vivement, pour son
soutient et son aide, et je lui souhaite à mon tour bon courage pour la poursuite de ses
travaux de thèse.
Sommaire

INTRODUCTION GÉNÉRALE ................................................................................. 1

CHAPITRE 1 – CONTEXTE GENERAL DE L’ETUDE : DISPOSITIFS DE
FILTRAGE POUR LA RECEPTION DANS UN REPETEUR TELECOM .................... 5
I. INTRODUCTION .................................................................................................... 7
II. GENERALITE SUR LES SATELLITES ....................................................................... 8
1) Historique [1] ................................................................................................. 8
2) Architecture d’un satellite de télécommunication ........................................ 10
a) La plateforme ........................................................................................... 11
b) La charge utile .......................................................................................... 11
III. DISPOSITIFS DE FILTRAGE DANS LE REPETEUR TELECOM ................................... 14
1) Contraintes générales liées à la conception de filtres pour satellites de
télécommunications .......................................................................................................... 14
a) Contraintes électriques ............................................................................. 14
b) Contraintes mécaniques ............................................................................ 14
c) Contraintes thermiques ............................................................................. 15
d) Compatibilité électromagnétique ............................................................. 15
2) Filtres du répéteur télécom .......................................................................... 15
a) Filtres d’IMUX ......................................................................................... 16
b) Filtres d’OMUX ....................................................................................... 17
c) Filtre passe-bas ......................................................................................... 18
3) Filtres du récepteur ...................................................................................... 18
a) Filtre Rx .................................................................................................... 19
b) Filtre Tx .................................................................................................... 19
IV. EXEMPLES DE FILTRES DE RECEPTION................................................................ 21
1) Filtres à lignes couplées ............................................................................... 21
2) Filtres en épingle à cheveux (hairpin) ......................................................... 21
3) Autres filtres demi-ondes .............................................................................. 22
4) Filtres interdigités ........................................................................................ 22
5) Filtres DBR .................................................................................................. 23
6) Filtres SIW .................................................................................................... 23
V. ETAT DE L’ART POUR LE FILTRE DE RECEPTION TX EN BANDE C ........................ 25
VI. CONCLUSION ..................................................................................................... 29
VII. REFERENCES ..................................................................................................... 30
CHAPITRE 2 – ETAT DE L’ART SUR LA SYNTHESE DES FILTRES A
PERTES .................................................................................................................................. 33
I. INTRODUCTION .................................................................................................. 35
II. SYNTHESE CONVENTIONNELLE DES FILTRES A RESONATEURS COUPLES ............ 36
1) Matrice S du quadripôle ............................................................................... 36
2) Fonction de transfert .................................................................................... 38
3) Modèle en élément localisés et matrice de couplage [6] ............................. 39
III. EFFET DES PERTES SUR LA REPONSE DU FILTRE ................................................. 44
1) Impact sur les pertes d’insertion .................................................................. 44
2) Compensation par pré-distorsion ................................................................. 46
IV. METHODES DE SYNTHESE A PERTES ................................................................... 50
1) Introduction de résonateurs à pertes et de couplages résistifs croisés pour
optimiser la transmission ................................................................................................. 50
2) Couplages résistifs et nœuds non résonants pour atténuer les fonctions de
transfert et de réflexion .................................................................................................... 53
3) Résonateurs à facteurs de qualité hétérogènes pour la réalisation de filtres à
pertes 56
4) Réseau transversal avec des résonateurs à facteurs de qualité hétérogènes57
5) Structures redondantes à pertes ................................................................... 61
V. CONCLUSION ..................................................................................................... 63
VI. REFERENCES ..................................................................................................... 64