Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Composants microonde“

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit ont pour but de concevoir, réaliser et caractériser la fonction de sommation de signaux hyperfréquences par voie optique. Cette opération constitue un élément clé des futures antennes réseaux optoélectroniques et du traitement du signal opto-hyperfréquence. Le principe généralement admis pour réaliser la sommation optique repose sur la séparation spatiale des différents signaux sur la photodiode. Cette contrainte permet de supprimer les bruits d’homo/hétérodynage néfastes à l’addition correcte des signaux microondes. Cependant, nous montrons numériquement et expérimentalement que ce principe n’est pas fondé. La solution proposée ici consiste à encapsuler des fibres optiques classiques dans un tube de silice et à amincir l’ensemble jusqu’aux dimensions souhaitées. Un sommateur à 14 voies est ainsi fabriqué. Aucune fluctuation de la puissance hyperfréquence sommée n’est observée même si les signaux se superposent totalement sur la photodiode
These research works presented in this manuscript aim at designing, realizing and characterizing the optical summation function of hyperfrequency signals. This operation constitutes a key element of the future phased array antennas and of the opto-hyperfrequency signal processing. The principle, commonly admitted, to realize the optical summation relies on the spatial separation of the different signals on the photodiode. This limitation aims to suppress the homo/heterodyne noises detrimental for the correct addition of the microwave signals. However, we numerically and experimentally demonstrate that this principle is not funded. The solution proposed here consists in encapsulating standard optical fibers in a silica tube and in tapering the whole to desired dimensions. A summator with 14 channels is fabricated this way. No fluctuation of the summed hyperfrequency power is observed even if the signals overlap significantly over the photodiode

Ces travaux de thèse portent sur l’amélioration des performances de composants microondes 3D multi-matériaux réalisés par des technologies additives hybrides, en s'appuyant sur des techniques de recuit pour optimiser la conductivité électrique de pistes métalliques imprimées, et l’étude de différentes méthodes de caractérisation haute fréquence (HF) pour caractériser ces conducteurs. L'étude bibliographique réalisée a conduit à la sélection de technologies d’impression directe, telles que le jet d’aérosol (AJP) et la micro-extrusion de matière (nScrypt) pour les couches métalliques, ainsi que l’impression 3D de polymère PEKK. L’un des principaux apports de ces travaux réside dans l’intégration de techniques de recuit in situ, comme le recuit laser, directement intégré dans la machine nScrypt, permettant de fritter les dépôts métalliques immédiatement après impression, afin de maximiser leurs propriétés conductrices. Le recuit ohmique a également été exploré comme méthode complémentaire, notamment pour les lignes métalliques imprimées par micro-extrusion, avec des résultats prometteurs pour l'amélioration significative de la conductivité. En parallèle, des méthodes innovantes de caractérisation HF de la conductivité ont été développées. Ces approches reposent sur des sondes spécifiques permettant des caractérisations à la fois sans contact et en contact direct, afin de mesurer la conductivité HF sur des zones réduites et de cartographier la conductivité des surfaces métalliques imprimées en tenant compte de la rugosité de surface. Cette démarche s’inscrit dans un objectif global d'intégration de ces innovations dans un équipement de fabrication additive hybride, optimisant ainsi la performance de composants microondes 3D (lignes de transmission, résonateurs, ...)
This thesis focuses on improving the performance of 3D multi-material microwave components produced through hybrid additive manufacturing technologies, utilizing sintering techniques to optimize the electrical conductivity of printed metallic tracks, and the study of various high-frequency (HF) characterization methods to assess these conductors. The bibliographic study led to the selection of direct printing technologies such as aerosol jet printing (AJP) and material micro-extrusion (nScrypt) for metallic layers, as well as 3D printing of PEKK polymer. One of the main contributions of this work lies in the integration of in situ sintering techniques, such as laser sintering, directly integrated into the nScrypt machine, allowing for the sintering of metallic deposits immediately after printing to maximize their conductive properties. Ohmic sintering was also explored as a complementary method, particularly for metal lines printed via micro-extrusion, with promising results for significantly improving conductivity. In parallel, innovative methods for HF conductivity characterization were developed. These approaches rely on specific probes enabling both contactless and direct contact characterizations, allowing for the measurement of HF conductivity over small areas and the mapping of the conductivity of printed metallic surfaces while accounting for surface roughness. This work is part of a broader goal to integrate these innovations into a hybrid additive manufacturing system, thereby optimizing the performance of 3D microwave components (transmission lines, resonators, etc.)

Ces travaux de thèse concerne la réalisation et la caractérisation de détecteurs de radiations sub-millimétriques et térahertz par des composants à effets de champs à base d'hétérojonctions de nitrure de Galium (AlGaN/GaN). La première partie de ces travaux présente un état de l'art des différents types de détecteurs de rayonnement térahertz existants que ce soit par une approche électronique, optique ou optoélectronique. Elle permet d'effectuer un comparatif de leurs performances. La seconde partie aborde les aspects de design et de procédés technologiques pour la fabrication de ces composants à base de nitrure de Galium. Elle expose plus particulièrement les difficultés rencontrées et les solutions mises en places lors de la fabrication de composants à réseaux de grilles. La troisième partie concerne la caractérisation en espace libre de ces différentes topologies de détecteurs pour des fréquences allant jusque 550GHz (i.e. NEP, SNR, comparatif avec l’intégration d’antenne cornet…). Cette partie expose les premières mesures d'imagerie en temps réels réalisées à l'aide de détecteur térahertz à base d'hétérojonctions AlGaN/GaN. La dernière partie aborde, quant à elle, l'étude intrinsèque des performances des détecteurs. Celle-ci est basée sur la théorie du mélange résistif. Une modélisation du comportement non linéaire du détecteur est réalisée. Elle s'appuie sur des mesures de mélange faites à l'aide d'un nouveau type de bancs de mesures sous pointes développés au sein du laboratoire. En conclusion, un bilan sur les performances de différentes topologies étudiées essaiera d'offrir des pistes de réponses aux interrogations légitimes sur le sujet abordé
This thesis relates to the fabrication and the characterization of different types of Gallium nitirde based high electron mobility transistors (GaN/AlGaN heterojunction based HEMT) as millimeter and terahertz radiations detectors. The first part of this work presents a state of the art of different types of THz radiation detectors either by electronics, optics or optoelectronics approaches. This part allows a comparison of their performances. The second part deals with design and process technologies to the fabrication of GaN/AlGaN based devices. This part explains particular difficulties encounterd and solutions omplemented in the process fabrication of gratting-gate transistors. The third part describe the experimental results in free-space, up to 550GHz, of these different types of detectors (i.e. NEP, SNR, integrated horn antenna...). This part outlines the THz real-time imaging performed for the first time with GaN/AlGaN based detectors. The last part deals with the study of the intrinsic performance of these detectors. This study is based on the resistive-mixing theory in HEMTs. Modeling of the nonlinear behavior of transistors is achieved. This part relies on resistive-mixing measurements made using a new type of an on-wafer measurement bench developed in our laboratory. In conclusion, a report on the performances of all detectors studies in this thesis is done. This conclusion attempts to answer in the reasonable questions

La découverte des nanotubes de carbone (NTCs) par S.Iijima en 1990 a permis d'explorer un nouveau monde à l'échelle nanométrique. Les études sur la synthèse des NTCs durant le début de cette décennie ont apporté une reproductibilité des formes allotropiques de carbone. Les propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles des NTCs ont éveillé l'esprit des scientifiques afin de concevoir des systèmes touchant le domaine de la nanotechnologie. Dans ce contexte, mes travaux de recherches ont visé à étudier les potentialités des nanotubes de carbone dans le domaine des hyperfréquences. Deux types d'applications peuvent être distinguées : l'élaboration de matériau nano-composite mais aussi la miniaturisation des composants électromécaniques (NEMS). L'application la plus immédiate des NTCs consiste à les utiliser comme additif dans des polymères, thermoplastiques, thermodurcissables ou élastomères, afin d'en modifier les propriétés. L'utilisation des matériaux composites à base de nanotubes de carbone apparaît comme une voie prometteuse dans le domaine des nanotechnologies grâce à leurs propriétés structurales et électroniques très particulières. Pour élargir le domaine d'application des NTCs, nous avons étudié un nouveau matériau composite à base d'un polymère (BenzoCycloButène BCB'') et de nanotubes de carbone double parois (DNTCs) pour une utilisation aux fréquences micro-ondes. Nous rapportons ici une étude des propriétés micro-ondes de composites BCB/DNTCs en fonction de la concentration massique de nanotubes. Nous présentons, dans un premier temps, les méthodes d'homogénéisation et de fabrication du composite, puis nous traitons l'élaboration de structures de test adaptées à des mesures µondes et millimétriques. Après caractérisation, nous donnons le comportement spectral et la modélisation pour les pertes linéiques ainsi que e* (permittivité effective complexe). Cette étude a permis de montrer qu'il est possible de configurer les performances électriques d'un matériau composite en fonction du % de NTCs incorporés. Ceci peut permettre de réaliser des matériaux absorbants d'ondes électromagnétiques pour la microélectronique. Une autre possibilité d'utilisation est d'exploiter les propriétés physiques ainsi que dimensionnelles des NTCs pour étendre le concept de composants passifs reconfigurables et micrométriques (MEMS) à l'échelle nanométrique avec l'élaboration de Système Nano-Electro- Mécaniques (NEMS). Leurs dimensions nanométriques permettraient de concevoir de futurs dispositifs électroniques fortement miniaturisés. Nous nous sommes donc intéressés au développement d'une filière technologique d'interconnexions pour réaliser une capacité variable dont la partie mobile est réalisée à l'aide de NTCs. Plusieurs voies ont été étudiées. Une 1ère comporte la croissance localisée des NTCs, réalisée à 600°C minimum par le LPICM. Cette température a impliqué de nombreux choix quant à la filière d'interconnexions (procédés chauds-froids suivant le positionnement de l'étape de croissance des NTCs) et d'études de compatibilité thermique. Une seconde voie est basée sur l'emploie de film mince de NTCs dispersés aléatoirement.- Au final, cette étude représente une grande avancée vers l'élaboration de NEMS RF à base de NTCs.

Ces travaux de thèse portent sur la conception de composants microondes innovants, reconfigurables par voie optique. L’objectif principal de la thèse est de proposer des solutions alternatives aux méthodes de réconfigurabilité actuelles comme les MEMS ou les diodes par exemple. Dans ces travaux nous nous sommes intéressés à la caractérisation des matériaux photosensibles aux fréquences microondes ainsi qu’aux méthodes de reconfigurabilité optique directe et indirecte. Pour placer ce travail de thèse dans son contexte, la première partie de ce manuscrit est dédiée à une étude bibliographique des circuits reconfigurables et méthodes associées. Des comparaisons sont proposées pour montrer les avantages qu’un contrôle optique peut présenter. La deuxième partie porte sur la description de matériaux photosensibles comme le sulfure de Cadmium ou le dioxyde de Vanadium et sur des structures de test utilisées pour les caractériser. Dans le troisième chapitre de ce manuscrit, des structures agiles en fréquence sont présentées en exploitant un contrôle optique de type direct. Les structures présentées démontrent le concept d’un filtre LTCC reconfigurable en fréquence, d’un résonateur diélectrique 3D agile en se basant sur la photoconductivité ainsi que d’un filtre reconfigurable par variation de permittivité. La dernière partie de cette thèse est consacrée au contrôle optique indirect et traite le cas d’un interrupteur RF à commande optique basé sur une technologie de fabrication standard Si CMOS
This work focuses on novel optically reconfigurable components for microwave applications, the main objective being to propose alternative solutions to commonly used tuning methods such as MEMS or diodes. In this work, we have investigated photosensitive material characterization at microwave frequencies, and both direct and indirect methods of optical reconfigurability. To provide context for this thesis, the first part is dedicated to a bibliographic review of reconfigurable circuits and methods, thus giving an overview of the technologies used at present and showing the interest for using optical control. The second part of this dissertation is about test structures for characterizing photosensitive materials, including a presentation of materials such as Vanadium dioxide or Cadmium sulfide, among others. In the third chapter of this thesis, frequency tunable structures exploiting direct optical control are studied. The structures presented include a “proof of concept” tunable LTCC filter, a 3D dielectric resonator based on photoconductive materials, and a tunable filter based on the change of a material’s relative permittivity. The last part of this work focuses on indirect optical control showing an opto‐RF switch based on a standard Si CMOS fabrication technology

Suite à la demande de miniaturisation des composants passifs, qui occupent la plus grande partie de la surface des cartes de radiocommunication des téléphones mobiles, certaines équipes de recherche se sont intéressées à l'intégration de ces composants passifs, à valeur fixe, dans les applications RF. La recherche concernant les micro-composants commandables reste quant à elle très discrète et cela malgré le marché potentiel que représentent les futurs systèmes de communication. Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat apportent une réponse à la conception et à la réalisation de micro-inductances variables de type MEMS. Les premiers chapitres se focalisent sur l'étude de faisabilité de ces composants, leur dimensionnement et les étapes technologiques de micro-usinage nécessaires à leur réalisation. La solution retenue pour la réalisation des inductances variables, basée sur les variations du coefficient de couplage entre circuits, permet d'obtenir des variations importantes, et continues, d'inductance sur une large bande de fréquence. Le modèle électrique proposé, associé à ce composant, a été validé par les différentes mesures effectuées. Le dernier chapitre présente des exemples de co-intégration de capacités et d'inductances variables au sein d'une fonction accordable. Les mesures effectuées sur ces dispositifs permettent de valider le principe d'une fonction hyperfréquence réalisée uniquement à partir de composants passifs variables de type MEMS. Les différents démonstrateurs réalisés possèdent peu d'exemples équivalents connus à ce jour
Due to the increasing need of very small passive component chips, which represent a large surface on the cell phone electronic board, many laboratories try to integrate these passive components, with constant electric characteristics, into RF application chips. The research on tunable micro-components is still insignificant, despite the important market the future communication systems can represent. The study presented in this Ph. D. Report gives a concrete response to the conception and realization of tunable MEMS inductors. The first chapters focus on the feasibility of such components, and describe their design and fabrication process flow. The solution used to realize tunable MEMS inductors is based on magnetic coupling variations, between electric circuits, produced by mechanical displacements. Such a method gives large and continuous inductor variation ratios. The electric model proposed for this tunable micro-inductor has been validated by measurements. The last chapter gives some examples of tunable RF functions realized using tunable MEMS inductors and tunable MEMS capacitors. Measurements performed on these demonstrators validate the feasibility of tunable RF functions with continuous variation ratios

Le but de ce travail est de demontrer l'interet de l'utilisation des films supraconducteurs dans la realisation de composants passifs microondes, plus precisement des coupleurs large bande et des filtres passe-bande a bande tres etroite. Notre choix s'est arrete sur deux types de coupleurs, des coupleurs hybrides en anneau et des coupleurs a lignes non uniformes. Ces derniers ont necessite la conception d'un programme de simulation. Les filtres que nous avons etudies et caracterises utilisent la structure en lignes quart d'onde couplees. L'objectif est d'aboutir a des filtres presentant une bande passante inferieure a 1%. Les composants sont realises a l'aide de films minces supraconducteurs deposes sur des substrats de mgo ou de laalo#3. Au cours du processus technologique nous avons employe les methodes de lithographie optique classiques et mis au point une gravure seche par plasma d'ions argon pour les films minces supraconducteurs. Une suite possible du travail est la realisation d'un diplexeur integrant les filtres et coupleurs concus

Ce mémoire est consacré à la caractérisation d’une technologie innovante par jet d’encre pour l’impression de composants hyperfréquences multicouches et multi-matériaux. Nous allons l’utiliser pour la réalisation de filtres interdigités à capacités multicouches qui seront mis en compétition avec des filtres standards. L’aspectes multicouches nous ouvre le chemin pour travailler sur des structures accordables qui pourraient être du même type que le filtre à capacités. Le premier chapitre est constitué d'une étude bibliographique sur les technologies multicouches et en particulier cette technologie d’impression par jet d’encre. Dans le deuxième chapitre, nous avons testé cette dernière par l’impression de motifs élémentaires 2D avec une encre à base d’argent pour établir des différentes règles de conception à appliquer pour la création de composants HF. Une impression multicouche (argent et céramique) a ensuite été validée après un développement d’une encre diélectrique basée sur la céramique Heraeus 51K65 à cuisson basse température. Le troisième chapitre présente un filtre interdigité multicouche développé pour la fabrication par cette technologie permettant un gain de surface par rapport à un filtre interdigité en argent seul. A des fins prospectives, le quatrième chapitre présente un système planaire simple permettant aisément d’extraire un modèle équivalent d’un varactor (Rs et Cj) qui servirait de composant d’accord en fréquence et des exemples d’utilisation de ce composant sur des résonateurs accordables
This thesis is devoted to the characterization of an innovative inkjet printing technology for the fabrication of multilayer and multi-material structures. We will use this technology to create printed single and multilayer interdigitated filters. The multilayer aspects open the way to work on tunable structures that could be the same type as the interdigitated multilayer filter. The first chapter consists of a literature study on multilayer technologies and in particular the inkjet printing technology. In the second chapter, we tested this technology by printing 2-D patterns with –made with a silver ink in order to establish different design rules to be applied for the creation of RF components. A multilayer printing approach (silver and ceramic inks) is validated after a development of the ceramic-based ink developed with the Heraeus 51K65 dielectric material which can be fired at low temperature (800°C). The third section presents a multilayer filter fabricated by this technology in order to achieve footprint reduction compared to a silver monolayer interdigitated filter. The fourth chapter presents a simple planar system to easily retrieve an equivalent model of a varactor (Rs and Cj) to serve as a component of frequency tuning. Different examples of tunable resonators using such varactor are finally presented

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit ont porté sur l'utilisation de composants MEMS RF pour réaliser des circuits hyperfréquences et millimètriques. Ces composants ont ainsi été utilisés d'une part, pour la réalisation de fonctions de commutation et d'autre part, intégrés à des composants «classiques» hyperfréquences, résonateurs et filtres, afin d'obtenir des circuits agiles en fréquences. Plusieurs circuits sont ainsi présentés, commutateurs capacitifs faibles pertes pour une application en bande Ka, commutateurs capacitifs de puissance pour les radars et enfin filtres et résonateurs accordables. Une étude particulière a été menée afin de réaliser des circuits accordables hyperfréquences en technologie micro ruban. Les résultats de mesures obtenus sur un filtre deux pôles accordable par quatre varactors micro électromécaniques démontrent le potentiel des composants MEMS RF à permettre d'obtenir des circuits accordables à fort coefficient de qualité
This work presents MEMS component applications for radio frequency and millimeter wave circuits. These components have been used for the realization of switch functions and also integrated to "classic" RF circuits, resonators and filters, in order to obtain frequency tunable circuits. Several circuits have been presented, low loss capacitive switches in Ka band, capacitive switches for high power applications and finally tunable resonators and filters. A particular study has been made so as to demonstrate microstrip tunable circuits. The measurements obtained on a two pole tunable filter using four MEMS variable capacitors show the potential of micro electromechanical components to realize high quality factor circuits

La methode des elements finis mixtes est appliquee a la resolution des equations de maxwell harmoniques dans les problemes de guide uniforme, de jonction et de cavite planaires ou en guides d'ondes rencontres dans la conception de dispositifs micro-ondes et millimetriques passifs. Le probleme de maxwell est aborde du point de vue des formes differentielles qui impliquent et justifient l'emploi d'une famille d'elements finis mixtes: les formes ou elements de whitney. La discretisation par elements finis ne s'opere donc pas avec des elements nodaux classiques qui generent des modes parasites. En effet, l'utilisation d'elements d'aretes assure la non-existence de modes non-physiques; des solutions stables et precises sont ainsi obtenues. L'efficacite de l'analyse a ete demontree par de multiples exemples de resultats concernant les problemes de guide uniforme, de cavite et de jonction en ligne a ailettes, guide d'onde coplanaire et ligne microruban suspendu. Ces resultats sont compares a des resultats experimentaux ou numeriques obtenus en utilisant d'autres methodes. Enfin, on presente l'organisation du logiciel