Dissertations / Theses on the topic 'Dispositifs à ondes millimétriques – Efficacité'
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Nguyen, Tran Quang Khai. "Développement de système antennaire pour les communications 5G." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4100.
Abstract:
Ce travail de thèse a été financé par le projet FUI Mass-Start (2017-2020). Le projet ambitionne de développer une solution open source 5G pour le MIMO Massif. L’objectif est le développement d’une plateforme Hardware et Software, sur le principe du succès d’OAI en 4G (www.openairinterface.org). Les principaux livrables matériels du projet sont les sous-systèmes radio et de traitement de bande de base compatibles 5G, leur intégration dans un démonstrateur de terminal 5G basé sur OAI et le réseau d’antennes permettant les expérimentations de bout en bout du lien MIMO Massif. L'objectif de la thèse est le développement et la mesure de système antennaires qui seront utilisés dans le projet.Sur la bande 5G FR1, le travail s'est concentré sur le développement d'une méthodologie de conception antennaire combinant circuit d'adaptation et optimisation géométrique. Les contraintes en bande passante sont évaluées à partir du facteur de qualité des antennes. Le prototype final démontre qu'un système non-résonnant permet de couvrir la plupart des bandes de téléphonie mobile 5G sous les 6GHz en respectant des contraintes d'intégration très forte.Sur la bande 5G FR2, et plus précisément sur la bande n258 Européenne, différents types d'architecture d'antennes réseau ont été évalués et mesuré. La thèse s'est particulièrement concentrée sur la co-conception entre les antennes et les modules électroniques sur une technologie PCB.Les solutions proposées ont été utilisées pour quantifier et modéliser l'effet du corps humain, et plus particulièrement de la main, sur les performances sur réseau antennaire. Enfin, une solution basée sur plusieurs réseaux distribués sur un téléphone montre une meilleure robustesse aux effets de blocage du corps humainThe work in this thesis has been funded by the French FUI project MASS-START (2017-2020). The project aims at the integration of 5G compatible baseband and radio subsystems into an Over-Air-Interface-based 5G terminal and gNodeB demonstrator, and the antenna array for end-to-end Multiple Input Multiple Output link experimentation. The scope of the thesis concerns the design and assessment of antenna systems that are to be used in the project.At 5G Frequency Range 1 band, the work concentrates on the development of a methodology to design antenna with a matching circuit for mobile terminals with limited area. The bandwidth limitation is evaluated using Quality-Factor. A Particle Swarm Optimization algorithm is proposed and examined in different antenna designs for mobile terminals. The final design demonstrates a system with three non-resonating coupling elements covering most of the sub-6GHz bands of 5G. At 5G Frequency Range 2 band, more precisely band n258 of Europe, different types of array antennas are studied. The work first checks two types of feeding for a patch antenna that can be integrated into Printed Circuit Board to have a low profile antenna and ease the fabrication procedure. The designs are later fabricated and experimentally evaluated. With a Millimeter-Wave array at hand, we proceed a measurement campaign in which the effects of the user's finger at close proximity of the antenna are evaluated. The losses due to absorption, reflection, diffraction are quantified and compared with numerical estimations in literature. A system of multiple end-fire arrays placed at different locations in a terminal is also studied showing the compromising effectiveness if one array is severely blocked
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Quan, Yibo. "Performance evaluation and resource allocation in millimeter waves device-to-device networks with beamforming." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAT024.
Abstract:
La communication de terminal à terminal (D2D) est une technologie clé pour les futursréseaux sans fil. Elle permet aux appareils de communiquer directement, sans avoir besoin d’une infrastructure cellulaire. La communication en ondes millimétriques (mmWave) utilise des fréquences radio de haute fréquence. Elle offre des bandes passantes très larges, ce qui permet des transmissions rapides et fiables. Cependant, les fréquences mm-Wave ont une atténuation élevée, ce qui n´nécessite que les appareils aient plusieurs antennes et utilisent la formation de faisceau. La formation de faisceau nécessite un alignement précis des faisceaux, et les erreurs d’alignement peuvent entraîner une dégradation des performances de transmission. Dans notre ´étude, nous nous concentrons sur l’analysethéorique des performances de la communication D2D en mmW dans le contexte des communications très fiables et à très faible latence, dites URLLC. Nous utilisons la géométrie stochastique et la théorie des files d’attente pour évaluer les variations spatiales ettemporelles des performances selon deux perspectives différentes. D’une part, nous examinons les propriétés moyennes instantanées du réseau aléatoire,et d’autre part, nous étudions les conditions de stabilité d’un réseau dynamique avec des demandes de service aléatoires. Pour les propriétés dynamiques, nous nous concentrons sur la condition de stabilité du réseau D2D en introduisant des réseaux d’antennesdirectionnelles pour les utilisateurs D2D. Le réseau est modélisé sur la base d’un processus spatial de naissance et de mort. Pour les propriétés instantanées, nous nous soucions principalement de la méta-distribution comme une métrique qui tient compte de la distribution spatiale de la probabilité de couverture. Nous dérivons une expression de la méta-distribution du débit effectif comme une garantie de latence statistique pour les communications URLLC, en considérant à la fois les coûts d’apprentissage et le désalignement pour un réseau D2D avec formation de faisceaux. Enfin, nous proposons des méthodes pour choisir le nombre optimal d’antennes et pour allouer des ressources pour la formation des faisceauxDevice-to-Device (D2D) communication is a key technology for future wireless networks, allowingdevices to communicate directly without relying on a cellular infrastructure. Millimeter wave (mm-Wave) communication utilizes high-frequency radio, providing very large bandwidths for fast and reliable D2D transmissions. However, mmWave frequencies have high attenuation, requiring devices to have multiple antennas and perform beamforming. The success of beamforming requires beam training. The beam misalignment can impact the performance of the network. To address these challenges, our study focuses on the theoretical analysis of the performance of mmWave D2D communications within the context of Ultra-Reliable Low Latency Communications(URLLC). We use stochastic geometry and queuing theory to evaluate both spatial and temporalvariations in performance from two different perspectives: the instantaneous average properties of the random network and the global stability properties of a dynamic network with random service requests. For the dynamic properties, we focus on the stability condition of D2D network by introducing directional antennas arrays for the D2D users. The network is modeled based on a spatial birth-death process. For the instantaneous properties, we mainly care about the meta-distribution of the network, which is a metric that accounts for the spatial distribution of coverageprobability. We derive the meta-distribution of the effective rate as a statistical latency guarantee for URLLC communications, by considering both the training overhead and misalignment for a D2D network with beamforming. At last, we propose methods to choose the optimal number of antennas and to allocate resource for beam training
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Linardou, Irini. "Antenne Vivaldi : potentialités d'applications en ondes millimétriques." Nice, 2000. http://www.theses.fr/2000NICE5455.
Abstract:
Ce travail est consacré à la description de l'antenne Vivaldi et l'utilisation de celle-ci dans divers domaines d'applications, aux ressources spectrales du domaine millimétrique : les systèmes de surveillance radar embarqués et les systèmes de transmission à haut débit. Le premier chapitre repose sur la description et la caractérisation de l'antenne Vivaldi dont le concept repose sur la guidabilité du mode fondamental observé sur la microfente. Dans le deuxième chapitre, l'antenne Vivaldi est incluse dans un système de surveillance radar "monopulse" destiné à la détection et à la poursuite d'une cible mobile. Un réseau de deux antennes alimenté simultanément en phase et en opposition de phase doit générer les deux voies "somme" et "différence" utiles à la détection et à la poursuite. Deux architectures différentes sont proposées. Ces nouvelles architectures sont reprises au troisième chapitre dans une application différente de celle du radar "monopulse". Il s'agit d'une part de la conception d'un transpondeur à diversité de polarisation et d'autre part de celle d'un doubleur de fréquence. Dans le dernier chapitre, des antennes très larges bandes sont présentées, destinées aux applications "intra muros" et boucle radio locale.
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Ray, Brigitte. "Conception, optimisation et réalisation d'un mélangeur quasi-optique en ondes millimétriques." Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30274.
Abstract:
Ce memoire presente la conception, la realisation et les tests d'un melangeur quasi optique en ondes millimetriques. Ce type de melangeur possede une application potentielle en radiometrie passive pour l'observation de la terre. Sa particularite est de combiner les fonctions antenne de reception et melangeur classique en un seul bloc. Ceci signifie que le signal rf arrive en espace libre sur les composants actifs assurant le melange. Les filtres et l'antenne qui constituent le melangeur, utilisent la technologie planaire avec lignes a fentes couplees gravees sur un substrat dielectrique. Dans ce memoire, les etudes combinees de la propagation et du rayonnement de ce type de lignes sont presentees. L'etude de la propagation est realisee au moyen de la decomposition du champ electromagnetique en modes lse et lsm et de la methode de galerkin. Elle fournit pour les modes pairs et impairs, la constante de propagation, l'impedance caracteristique et le champ electromagnetique. Les deux premieres grandeurs sont utilisees pour dimensionner les filtres coplanaires du melangeur. La connaissance du champ electrique a l'interieur des fentes sert a la conception de l'antenne. L'analyse du rayonnement, faite a partir d'une methode de potentiel vecteur, permet de deduire la resistance de rayonnement de l'antenne ainsi que son diagramme de rayonnement. Enfin, a partir de la modelisation de l'antenne par des lignes a pertes, il est possible de calculer aux frequences d'interet, les impedances vues par les elements actifs (diodes schottky) situes a l'interieur de l'antenne. Ces impedances et les caracteristiques des diodes donnees par le constructeur, permettent de prevoir les pertes de conversion du melangeur au moyen d'une methode d'equilibrage harmonique. La derniere partie de ce memoire est consacree a la realisation et aux resultats experimentaux. Elle met en evidence les performances des filtres et de l'antenne puis celles du melangeur quasi optique complet
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Dalle, Christophe. "Contribution à l'étude des dispositifs à jonction P-N en gamme millimétrique : application aux diodes avalanche en régime de génération directe et harmonique." Lille 1, 1986. http://www.theses.fr/1986LIL10099.
Abstract:
Modèles des diodes à avalanche. Etude des limites fréquentielles de fonctionnement des multiplicateurs de fréquence à diode à avalanche. Etude des diodes à avalanche et à temps de transit au si de structure Mésa dans les fenêtres de propagation atmosphérique centrées sur 94-140-220 Ghz
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Demuynck, Claire. "Etude en ondes millimétriques et submillimétriques d'espèces réactives : détection d'ions et de radicaux libres au laboratoire et dans le milieu interstellaire." Lille 1, 1986. http://www.theses.fr/1986LIL10062.
Abstract:
Liens entre spectroscopie millimétrique et radioastronomie moléculaire. Interprétation des spectres observés : cas des molécules diatomiques à couches fermées, puis à couches ouvertes ; méthodes approchées de détermination de la structure moléculaire de molécules polyatomiques. Fonctionnement dans le domaine millimétrique et submillimétrique d'un spectromètre performant automatisé ; les différents types de décharge utilisés
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Friscourt, Marie-Renée. "Étude des dispositifs à transfert électronique pour la génération de puissance en gamme millimétrique." Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10015.
Abstract:
Développement d'un modèle macroscopique destiné à l'étude des dispositifs à transfert électronique en gamme millimétrique et basé sur l'intégration de l'équation générale de transport de Boltzmann et sur l'approximation des temps de relaxation. Il prend en compte les phénomènes de dynamique électronique non stationnaire et les effets de charge d'espace. Performances de GaAs, InP et GaInAs aux hyperfréquences. Modes de fonctionnement des dispositifs à transfert électronique en gamme millimétrique. Optimisation de différentes structures. Réalisation de composants N(+)NN(+) très performants vers 94 Ghz en InP. Début d'étude de composants à injection contrôlée de structure planaire. Cette étude permettra la réalisation à moyen terme de dispositifs à transfert électronique intégrable.
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Wallez, Claire. "Absorption et diffusion des ondes électromagnétiques par les hydrométéores. Application à l'imagerie radiométrique en ondes millimétriques." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30089.
Abstract:
Lors de la propagation dans l'atmosphere, aux frequences comprises entre 1 et 300 ghz, et en particulier dans le domaine millimetrique, les rayonnements electromagnetiques subissent des variations qui sont dues aux phenomenes d'emission, d'absorption et de diffusion dus aux gaz atmospheriques et aux hydrometeores. En nous situant dans le cadre de l'imagerie radiometrique, nous avons etudie, grace a la methode du transfert radiatif, l'influence de ces phenomenes sur la temperature radiometrique du ciel et des surfaces terrestres en presence de differentes conditions meteorologiques. Apres avoir decrit les caracteristiques de l'atmosphere claire et perturbee ainsi que celles des sols, la realisation d'un logiciel de simulation a permis l'evaluation precise de la temperature du ciel en presence de nuages ou de pluies de differents taux de precipitation. Les variations de la temperature apparente de plusieurs sols uniformes ont ete analysees en fonction des conditions atmospheriques pour un radiometre aeroporte ou sur satellite, d'abord sans diffusion puis avec diffusion. Dans ce dernier cas, plusieurs methodes de resolution de l'equation du transfert radiatif ont ete evaluees et la methode de l'invariant imbedding a ete retenue. Afin d'etudier l'influence de la diffusion sur l'imagerie radiometrique d'un sol uniforme, nous avons developpe une methode de calcul basee sur le developpement en serie de fourier des parametres de l'equation du transfert radiatif et sur la methode de l'invariant imbedding. Des validations theoriques et des verifications experimentales ont permis de completer cette etude
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Derycke, Alain. "Etudes théoriques et expérimentales des modules préaccordés radiaux : application à l'intégration des composants en ondes millimétriques." Lille 1, 1986. http://www.theses.fr/1986LIL10090.
Abstract:
La montée en fréquence pose des problèmes pour la réalisation de sources de puissance. Proposition d'une solution pour la réalisation des oscillateurs diodes impatt ou diodes gunn, utilisant des modules préaccordées qui consistent à réaliser une structure radiale de diélectrique métallisé autour du composant actif. Cette structure joue le double rôle de boîtier d'encapsulation et de circuit d'adaptation. Oscillateurs commandes en tension et additionneurs de puissance
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Orlic, Yovan. "Dispositifs flexibles de communication à 60 GHz reconfigurables mécaniquement." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2014. http://www.theses.fr/2014ECLI0002/document.
Abstract:
Il y a à l’heure actuelle un grand besoin d’antennes reconfigurables dans la bande des 60 GHz pour des applications de télédétection et de télécommunication sans fil. Les solutions traditionnelles de reconfiguration sont basées sur des semi-conducteurs ou des composants RF-MEMS conventionnels dont le coût, la complexité et les pertes croissent avec la fréquence.Dans cette thèse une approche originale a été développée : elle est basée sur la reconfiguration mécanique d’antennes et de dispositifs sur substrat élastomère souple PDMS et l’utilisation d’actionneurs MEMS grand déplacement.L’histoire et le contexte de la télécommunication sont abordés pour faire comprendre l’intérêt récent pour la communication à 60 GHz ainsi que la nécessité de la reconfiguration et l’avantage de la reconfiguration mécanique à cette fréquence. Le PDMS, polymère ultra-souple de choix est ensuite étudié en détail. Il est caractérisé mécaniquement et diélectriquement. Sont ensuite présenté les applications développées par cette approche : des antennes accordables en fréquence ainsi que des dispositifs permettant un balayage de l’espace. Différents mode d’actionnement (pneumatique, magnétique, interaction électro-fluidique) sont explorésThere is an increasing need for tunable antennas in the 60 GHz band for remote sensing application and wireless communication. Traditional tuning solutions are based on semiconductor or conventional RF-MEMS but these component face cost, complexity and losses issues at millimeter waves. In this thesis, an original approach was developed: it is based on the mechanical reconfiguration of millimeter wave microstrip antennas and devices printed on ultrasoft elastomeric PDMS substrate, thanks to large displacement MEMS actuators.First, a quick history and context on the telecommunication explain the recent interest toward the 60 GHz band for telecommunication and the need for tenability and advantage of mechanical tenability at this frequencies. The ultrasoft polymeric PDMS is then studied. It is caracterised both mechanically and dielectrially. Then the different applications developed during this thesis are presented: frequency tunable antenna and beam steering systems. Different actuation solution (pneumatic, magnetic, electro-fluidic interaction) are explored
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de, Montera Louis. "Etude de la variabilité micro-échelle des précipitations : application à la propagation des ondes millimétriques en SATCOM." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2008. http://www.theses.fr/2008VERS0021.
Abstract:
Les séries d’affaiblissement sur les liaisons Terre-satellite présentent un comportement similaire à certains cours de bourse, ce qui suggère que des modèles de prédiction développés en finance pourraient être appropriés. L'analyse statistique des séries temporelles d'affaiblissement conduit à un modèle ARIMA-GARCH. De plus, un modèle de similitude en fréquence est ajouté au modèle de prédiction. Une approche basée sur les propriétés multifractales de la pluie est ensuite présentée. Une évaluation de l'effet de l'intermittence pluie-non pluie montre qu’elle provoque une cassure des relations d'invariance d'échelle et peut biaiser considérablement les paramètres. L'analyse multifractale est alors réalisée évènement par évènement. Les résultats montrent que la pluie peut être modélisée par un FIF (Fractionally Integrated Flux) auquel on applique un seuil afin de reproduire l'intermittence pluie-non pluieAttenuation time series at EHF band exhibit characteristics similar to some stock exchange rates, which suggests that prediction models originally developed in the finance field might be appropriate. The analysis leads to a non linear ARIMA/GARCH model. In order to predict the uplink attenuation from the downlink attenuation that operates at a different frequency, a frequency scaling model has been added to the prediction model. In order to better understand the link between attenuation and its physical causes, an approach based on rain fractal properties is then presented. An assessment of the effect of rain-no rain intermittency on the multifractal analysis shows that it provokes a break in the scaling and may lead to biased parameters. The multifractal analysis is then performed event by event, i. E. With uninterrupted rain periods. The results show that rain can be modeled by a FIF (Fractionally Integrated Flux) which is threholded in order to simulate rain-no rain intermittency
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Boé, Alexandre. "Conception et réalisation de commutateurs MEMS millimétriques pour les antennes intelligentes." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-372.pdf.
Abstract:
L'engouement pour les réseaux de télécommunication à haut débit (> 100 Mbit. S-¹) en milieu confiné a amené à la création de réseaux conjuguant réseaux ad hoc et traditionnels. Pour atteindre ces débits, une montée en fréquence s'est avérée nécessaire jusqu'en bande V. Cependant, les réseaux à de telles fréquences posent de nombreux problèmes du fait des propagations multi-trajets et des évanouissements à petite et grande échelle. L'utilisation d'antennes intelligentes est une solution pour lutter efficacement contre ces problèmes. Pour permettre une intégration monolithique d'une antenne intelligente, deux composants de bases ont été développés. Premièrement, un micro-commutateur série en technologie MEMS sur substrat GaAs à membrane diélectrique a été conçu, réalisé et testé. Deuxièmement, une antenne quasi-Yagi intégrable sur substrat haute permittivité a été mise au point, puis testée. L'antenne intelligente composée de ces deux briques de base (antennes et alimentation de l'antenne basée sur les micro-commutateurs) sera facilement intégrable de part sa taille réduite, aura de bonnes performances RF et aidera à optimiser la consommation des objets. Pour assurer un fonctionnement correct dans un environnement réel, une méthode collective d' encapsulation des micro-commutateurs a été développée.
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Amairi, Amor. "Caractérisation en petit signal, en puissance et en impédances des transistors à effet de champ millimétriques : étude et réalisation d'un banc de "load-pull à charge active" 26,5-40 GHz." Lille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LIL10090.
Abstract:
Le développement technologique du transistor à effet de champ à grille submicronique, l'évolution croissante de sa montée en fréquence et ses capacités actuelles en puissance nécessitent de mettre en œuvre des méthodes de caractérisation adéquates. Ce travail concerne d'une part, la réalisation, entre 45 MHz et 40 GHz, des mesures de paramètres S petit signal des transistors à effet de champ et d'autre part, la réalisation des mesures de leurs performances optimales en puissance et en impédances dans la bande 26,5-40 GHz. Dans la première partie, nous développons la méthode de mesure des paramètres S à l'analyseur de réseau HP 8510 des transistors à effet de champ millimétriques jusqu'à 40 GHz et nous déterminons leurs performances potentielles petit signal ainsi que leurs schémas équivalents optimums. Dans la deuxième partie, nous développons pour ces transistors, en premier lieu, les mesures de puissance au banc classique et en second lieu, les mesures de puissance et d'impédance de charge au banc «load-pull à charge active» dans la bande 26,5-40 GHz. Parallèlement, nous étudions les problèmes posés par la réalisation de ces bancs de mesure. Des comparaisons sont effectuées en permanence entre les résultats obtenus par les trois systèmes de mesure: analyseur de réseau, banc classique et banc «load-pull à charge active». Cette étude nous a amené à définir les conditions permettant des mesures précises et «in situ» des performances en puissance du transistor dans la bande 26,5-40 GHz et à envisager, pour un développement ultérieur le couplage du banc «load-pull à charge active» avec un analyseur de réseau performant du type HP 8510 (ou Wiltron 360) assisté par une méthode d'étalonnage automatique équivalente à la méthode TRL
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Vallet, Mathieu. "Synthèse de fréquence multi-bandes couvrant les ondes millimétriques pour les applications WiFi-WiGig." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0407/document.
Abstract:
L’ensemble des travaux présentés au sein de manuscrit porte sur la réalisation d’un synthétiseur de fréquences millimétriques capable de répondre aux besoins de la convergence WiFi-WiGig. Une première étude est réalisée dans le but de définir une architecture de synthétiseur de fréquence faible consommation adaptée aux standards du WiFi et du WiGig. L’ensemble des éléments composants la PLL sont par la suite détaillés, mettant en avant les avantages offerts par la technologie 28 nm FDSOI CMOS. Une étude plus approfondie des VCO millimétriques large bande et faible consommation est ensuite présentée, permettant de mettre en avant une réelle méthodologie de conception en lien avec la technologie 28 nm FDSOI CMOS. Finale-ment, diverses solutions sont proposées dans le but d’améliorer les performances de la PLL, avec l’incorporation de VCO millimétriques à ondes lentes, ou d’oscillateurs à anneaux synchronisésThe works presented in this manuscript focus on the realization of a millimeter frequency synthesizer meeting the needs of the WiGig-Fi convergence. A first study was conducted to define a suitable low-power frequency synthesizer archi-tecture for WiFi and WiGig standards. All of the PLL components are subsequently detailed, highlighting the 28nm CMOS FDSOI technology benefits. Then, a study of low power millimeter broadband VCO is presented, highlighting a design methodology related to the 28nm CMOS FDSOI technology. Finally, various solutions are proposed in order to improve the PLL performances, with the incorporation of slow wave VCO, or injection locked ring oscillators
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Boula-Picard, Reynald. "Contribution à l'étude des amplificateurs optiques à semiconducteur pour applications analogiques." Rennes 1, 2004. http://www.theses.fr/2004REN10072.
Abstract:
L'évolution des composants optoélectroniques et en particulier leur montée en fréquence permet d'envisager aujourd'hui l'utilisation de liaisons optiques pour des applications analogiques. La complexité des systèmes envisagés a une incidence non négligeable sur le bilan de la liaison et notamment les pertes d'insertion. L'utilisation d'amplificateurs optiques à semiconducteur peut améliorer le gain de liaison. Nous présentons l'étude théorique et expérimentale de l'utilisation de ce type d'amplificateur dans une liaison opto-hyperfréquence. Les caractéristiques statiques et dynamiques d'une liaison simple sont présentées. L'analyse de la liaison optique amplifiée mettra en évidence l'influence du phénomène de compression de gain optique de l'amplificateur sur les performances système de la liaison. Cette propriété sera mise à profit pour réaliser une fonction de traitement optique du signal : le mélange tout-optique de signaux hyperfréquences.
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Medrar, Kossaila. "antennes intégrées haute directivité aux fréquences millimétriques et térahertz." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT047.
Abstract:
L’émergence de plusieurs applications dans la gamme des fréquences millimétriques, telles que les communications point à point à très haut débit, les réseaux 5G et 6G, la télévision à haute définition, les radars automobiles et l’imagerie, ont encouragé la recherche sur les solutions d’antennes à fort gain, et plus particulièrement, les antennes intégrées, compactes, économiques et efficaces.Dans ce contexte, ces travaux de thèse présentent une nouvelle architecture d’antenne composée d’un réseau transmetteur et d’une source focale, tous deux imprimés sur un empilement unique de circuits imprimés. Cette architecture permet la réalisation d’un module front-end millimétrique, fort gain, monolithique et efficace. Elle est compatible avec les technologies de circuits imprimés faibles coûts utilisées pour la production de masse et permet de s’affranchir de contraintes techniques et de coût liées à l’assemblage de l’antenne.Les travaux de thèse sont divisés en trois grandes parties. La première est consacrée à la définition de l’architecture proposée, sa modélisation sous forme analytique et l’analyse des performances typiques.La deuxième partie porte sur la validation expérimentale de l’architecture d’antenne et de son modèle. Pour ce faire, quatre prototypes en bande V (60 GHz) ont été développés et caractérisés expérimentalement. Ces prototypes ont pour dimensions 40×40×13,2 mm3 et sont conçus avec des polarisations et des niveaux de quantification de phase différents. Les mesures ont démontré des gains allant de 17,8 à 22,1 dBi à 60 GHz, des efficacités d’ouverture allant de 15 à 35% et des bandes passantes à -3 dB allant de 14 à 18%. Les résultats obtenus ont permis d’envisager positivement l’adaptation de cette architecture d’antenne aux bandes millimétriques supérieures.La troisième partie est consacrée au développement d’antennes à réseau transmetteur intégré sur substrat diélectrique et fonctionnant dans les bandes D (140 GHz) et H (300 GHz). Pour cela, des cellules élémentaires composées d’un résonateur et de deux grilles polarisantes formant une cavité de Fabry-Perot ont été développées. Elles ont démontré d’excellentes performances à la fois en bande D et en bande H, et ce en termes de bande passante (environ 50% de bande à -1 dB pour la plupart des cellules), de pertes d’insertion (0,5 dB en moyenne) et de quantification de phase (3 bits). Elles ont également démontré une robustesse face aux dispersions de fabrication liées au substrat et à la gravure. A partir de ces cellules, des prototypes ont été conçus, fabriqués et caractérisés expérimentalement. Ils sont fabriqués sur un seul empilement PCB bas coût à cinq couches métalliques et de dimensions 20×20×4,52 mm3. En bande D, un gain d’environ 20 dBi, une efficacité d’ouverture proche 29% et une bande passante à -3 dB supérieure à 17,4% ont été mesurés. En bande H, des prototypes de tailles différentes, ont démontré en mesure, des gains allant de 20,5 à 23,1 dBi, des efficacités d’ouverture allant de 12 à 17,6% et des bandes passantes à -3 dB allant de 17 à 26,3%.Les résultats obtenus ont permis de valider l’architecture monolithique de l’antenne proposée et de démontrer son intérêt dans la conception de modules front-end millimétriques ou submillimétriques fortement intégrés, compacts, efficaces, présentant un fort gain d’antenne (>20 dBi) et fonctionnant sur une large bande passante. De plus, elle est compatible avec les technologies de fabrication bas coût et la production de masse. Ces conclusions démontrent que cette topologie d’antenne représente une solution intéressante et prometteuse pour les applications de communications sans fils à très hautes fréquences et à très haut débitThe emergence of multiple applications in the millimeter-wave frequency range, such as very high speed point-to-point communications, 5G and 6G networks, high-definition television, automotive radars and imaging, has encouraged research on high-gain antenna solutions, and more specifically, compact, low-cost and efficient integrated antennas.In this context, this PhD thesis presents a new antenna architecture composed of a transmitarray and a focal source, both printed on a single substrate stack. This architecture allows the implementation of a high gain, monolithic and efficient millimeter-wave front-end module. It is compatible with low-cost printed-circuit-board (PCB) technologies used for mass production, and overcomes technical and cost constraints related to the antenna assembly.This PhD thesis is organized in three main parts. The first one defines the proposed architecture and presents an analytical model of the antenna and the analysis of its typical performances.The second part focuses on the experimental validation of the antenna architecture and its model. Therefore, four V band prototypes (60 GHz) have been developed and characterized experimentally. These prototypes have a volume of 40×40×13.2 mm3 and are designed with different polarizations and phase quantization levels. The experimental gain levels range from 17.8 to 22.1 dBi at 60 GHz with aperture efficiencies of 15‒35% and 3 dB bandwidths of 14‒18%. These promising results allowed us to consider the adaptation of this architecture toward higher millimeter-wave bands.The third part investigates the development of substrate-integrated transmitarray antennas operating in D band (140 GHz) and H band (300 GHz). To this purpose, Fabry-Perot cavity-like unit-cells composed of a resonator and two polarizing grids have been designed. They showed excellent performances in terms of bandwidth (around 50% of -1 dB bandwidth for most unit-cells), insertion losses (0.5 dB on average) and phase quantization (3 bits) in both D band and H band. They also showed high performance stability regarding manufacturing process tolerances such as substrate characteristics variations and etching errors. Using these unit-cells, antenna prototypes of 20×20×4.52 mm3 dimensions have been designed, fabricated and characterized experimentally. They have been manufactured on a single low-cost PCB stack with five metal layers. In D band, a gain of about 20 dBi, an aperture efficiency close to 29% and a -3 dB bandwidth greater than 17.4% have been measured. In H band, prototypes of different sizes have been demonstrated experimentally with gain levels ranging from 20.5 to 23.1 dBi, aperture efficiencies of 12‒17.6% and 3 dB bandwidths of 17‒26.3%.These results validate the proposed monolithic antenna architecture and demonstrate its interest in the design of highly integrated, high gain (> 20 dBi), wideband, compact and efficient millimeter- and submillimeter-wave front-end modules. They also show its compatibility with low-cost manufacturing technologies used for mass production. These conclusions demonstrate that this antenna topology represents an attractive and promising solution for very high frequency applications and in particular very high data-rate wireless communications systems
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Lacave, Thomas. "Transistor bipolaire Si/SiGe C en nœud CMOS avancé pour applications (sub)-millimétriques." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10150/document.
Abstract:
Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHzSiGe heterojonction bipolar transistors (HBT) available in production qualified BiCMOS technologies today reach maximum oscillation frequencies fMAX close to 300 GHz. These technologies address millimeter-wave applicationsuntil 100 GHz, as collision avoidance radar for automotive (77 GHz), 60 GHz high date rate wireless communications and 100 Gb/s optical communications.. Objective of the work presented in this manuscript was to increase the transit frequenciess, and more especially fMAX, of SiGe HBTs in order to prepare the next BiCMOS generation. First, the theory of the bipolar transistor and the architecture of the device used for our studies are presented. Then, the different parameters defining the vertical doping profile are investigated and their influences on frequency performances, in particular on the trade-off between the current gain transit frequency fT and fMAX are detailed. The reduction of the lateral dimensions of the transistor, performed to reduce parasitic resistances and capacitances, exhibited the benefits but also the limitations of the scaling toincrease fMAX. Those studies enabled to demonstrate the feasability to integrate a 300-GHz fT and 400-GHz fMAX HBT in a 55-nm CMOS node. Finally, the different generations of devices fabricated during this work, exhibiting fT values between 250 GHz and 320 GHz and fMAX values between 330 GHz et 420 GHz, are compared between them and with BiCMOS9MW, a production qualified technology featuring 220 GHz fT and 280 GHz fMAX. This comparison deals with both the noise and the power (large signal) performances at millimeter-wave frequencies. The benefit of the work carried out in this PhD thesis is also demonstrated through the results of circuits designed by partners from different universities. One of those circuits in particular had been used to demonstrate a prototype of an active imaging system at 160 GHz
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Mohd, Yusoff Mohd Fairus. "Low-profile antennas at millimeter waves : study of micromachined Fabry-Perot cavity antennas and folded reflectarray antennas." Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1S003.
Abstract:
Low-profile antennas are attractive in communications and sensor applications due to desirable features such as low cost, light weight, conformability, and ease of integration. A major challenge in low-profile antenna design is the trade off between the (reduced) antenna profile and performance. Therefore, two attractive antenna concepts are studied here, namely micromachined Fabry-Perot (FP) cavity antennas and folded reflectarray antennas. In this thesis works, we have designed a novel configuration of micromachined FP cavity antennas using silicon membrane and bulk micromachining techniques in W band. Several antenna configurations have been studied and fabricated. On the other hand, folded reflectarray antennas combine some of the best features of printed antenna arrays and reflector antennas. Therefore we have designed folded reflectarray antennas for linear and circular polarization in V band. In the linear polarization (LP) case, two additional configurations have been studied: i) multi-layered folded reflectarrays, and ii) beam scanning antennas with shifted feed position. As for CP polarization, two different kinds of antenna configurations using meander polarizer and left handed circular polarization surface (LHCPSS) have been studied. The simulation results are then valided experimentallyLes antennes à faible profil trouvent de multiples applications en raison de leur faible encombrement selon la hauteur, par exemple pour les applications embarquées. Elles possèdent aussi souvent des avantages complémentaires, tels que leur faible poids, leur coût modéré et leur facilité d’intégration. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié et comparé deux types d’antennes à faible profil en ondes millimétriques : les antennes à résonateur de Perot-Fabry (PF), et les réseaux réflecteurs repliés. Dans le premier cas (antennes de PF), nous avons étudié de nouvelles configurations d’antennes micro-usinées en bande W, à l’aide de techniques de micro-usinage en surface et en volume. Les configurations étudiées ont été fabriquées et les résultats numériques ont été validés expérimentalement. Dans le second cas, divers réseaux réflecteurs repliés fonctionnant en polarisation linéaire ou en polarisation circulaires ont été étudiés à l’aide d’un outil de conception que nous avons spécifiquement développé pour ces travaux. Les performances de ces antennes ont été analysées, et deux prototypes ont été fabriqués en bande V pour valider les travaux théoriques
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Bertrand, Matthieu. "Guides à ondes lentes intégrés dans le substrat pour les applications en bandes RF et millimétriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT068/document.
Abstract:
Du fait de nombreuses avancées technologiques et scientifiques, l'ensemble du réseau de télécommunications a évolué vers une complexité croissante intégrant désormais des débits très importants. Grâce aux larges bandes passantes offertes par les bandes de fréquences millimétriques, les prochaines générations visent à permettre l'augmentation du nombre de services multimédias et de partage de contenus en haute définition. Cette évolution pose la problématique de concevoir des systèmes sans-fils capables de fonctionner en haute fréquence avec des rendements et coûts acceptables, ainsi qu'un encombrement minimum. Ce travail se situe dans le cadre du développement de circuits passifs, de types filtres, coupleurs et guides d'ondes qui répondent à ces défis. Nous avons développé une technique de miniaturisation pour des dispositifs en technologie imprimée, dans un premier temps dédiée aux fréquences inférieures à 20 GHz. Celle-ci repose sur la notion d'onde lente, définie comme la capacité d’une structure à ralentir la propagation des ondes la traversant. Une analyse théorique ainsi que des méthodes de conception ont été développées, puis validées par des mesures. Dans un second temps, nous avons proposé deux technologies distinctes permettant l'intégration de guides d'ondes performants en bande millimétrique en collaboration avec deux laboratoires partenaires. Une étude théorique, la conception de motifs de test et les résultats de mesure sont présentés. Ces travaux constituent une base pour la réalisation ultérieure en bande millimétrique de topologies miniaturisées grâce aux ondes lentesThe last decades have seen the evolution of communication networks towardgreater complexity and efficiency, being now able to carry significant data rates. This evolution is the result of both scientific and technological breakthroughs. Thanks to the wide bandwidths available at millimeter-wave frequencies, the future generations will be able to supply for the the increasing demand in multimedia services, especially high-definition videos. The design of wireless systems which operate at high frequencies with acceptable efficiency, costs, and minimum size thus constitute a decisive challenge. In this context, this work focuses on the development of passive circuits such as filters, couplers and waveguides which address these issues. We developed a miniaturization technique for printed circuits technology, which in a first step is dedicated to frequencies below 20 GHz. This technique is based on a slow-wave concept, defined as the property of any structure which impose lower velocities to the electromagnetic waves. A theoretical analysis, as well as design methods were established and confirmed by measurements. Secondly, we proposed two distinct technological solutions for the integration of efficient waveguides at millimeter-wave frequencies. This work was achieved in collaboration with two other laboratories. A theoretical study, design of test features and measurementswere performed. These results intend to constitute a basis for the future realization of miniaturized slow-wave circuits at millimeter-wave frequency bands
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El, Haj Shhade Ghayath. "Conception d'antennes reconfigurables pour radars automobiles à 77 GHz : application à la sécurité active." Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1S015.
Abstract:
L'augmentation des exigences en matière de sécurité dans l'automobile impose des scénarii routiers complexes et variés impliquant des performances de détection élevées des radars automobiles d'assistance, associées à des contraintes de compacité et de faible coût. Ainsi, le système antennaire doit être le plus agile possible pour satisfaire les attentes des générations futures en termes de champs de vision, précision en angle, vitesse, distance etc. . . Le travail de cette thèse porte sur la conception d'antennes reconfigurables pour les radars automobiles à 77 GHz et leurs applications à la sécurité active. Après identification des futurs besoins, nous avons effectué une étude bibliographique précise et critique des solutions antennaires possibles ; nous sommes ainsi parvenus à établir une matrice de choix prenant en compte de nombreux critères (performances, coûts, maturité technologique. . . ). Notre choix s'est finalement arrêté sur les antennes à ondes de fuite. Plusieurs solutions ont été étudiées et une solution originale a été identifiée. Cette dernière a été pré-dimensionnée d'abord en 2D et ensuite simulée en 3D pour aboutir à une conception précise. Une solution permettant le balayage du faisceau à fréquence fixe a également été proposée. L'influence de l'environnement proche de l'antenne a enfin été étudiée et les résultats numériques ont été validés expérimentalement à 77 GHz par la fabrication d'un prototypeAs the number of road crashes keeps on increasing, safety has become a key differentiator in the automotive industry. Future generations of automotive radars are required to resolve complex vehicular traffic scenarios while satisfying a difficult balance between high-performance and low cost. The antenna concept must allow a high degree of flexibility to meet the expectations in terms of field of view, range / velocity / angle measurements. . . The main objective of this thesis is the design of reconfigurable antennas for automotive radars at 77 GHz. Following the definition of the future requirements on bothsystem and antenna levels, we conducted a detailed state-of-art review of the possible solutions. Hence,we established three matrices of choices that take into account several criteria such as performance, cost, maturity of the technology. Our choice fell on designing fixed-frequency reconfigurable leaky-wave antennas. Based on this concept, several solutions have been studied and an original solution has been identified. The latter has been pre-designed in 2D then simulated and optimized in 3D. A fixed-frequency beam-steering solution has also been proposed. Finally, an antenna prototype has beencharacterized, fabricated and measured to validate the numerical results at 77 GHz
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Etourneau, Pascal. "Modélisation électromagnétique des interconnexions par la méthode des différences finies dans le domaine temporel (F. D. T. D. ). Application à l'étude des techniques de report de circuits M. M. I. C. Dans le domaine des ondes millimétriques." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0053.
Abstract:
L'interet croissant pour le domaine des ondes millimetriques pose le probleme de la maitrise et de l'industrialisation des techniques de report des composants, aux tres hautes frequences. Cette etude est consacree a la modelisation electromagnetique des discontinuites et des interconnexions sur les lignes de transmission. Elle s'attache plus particulierement a la caracterisation en millimetrique, d'une technologie d'interconnexion de circuits m. M. I. C. , dite flip ribbon, developpee par thomson-csf communications. L'analyse theorique est menee a l'aide d'un logiciel de calcul resolvant les equations de maxwell, dans le domaine temporel, selon la methode des differences finies. Son application dans ce contexte a d'abord necessite l'analyse de l'influence des parametres cles, tels l'excitation, les conditions absorbantes, ou les criteres de discretisation spatiale, sur des lignes de transmission classiques. Cette etude conduit a une methode de caracterisation des lignes dans un environnement particulier. La modelisation electromagnetique des interconnexions est ensuite validee a travers quelques resultats experimentaux, extraits de publications scientifiques. Les exemples exposes illustrent les inconvenients lies au maillage spatial parallelepipedique, ainsi que l'importance du temps d'observation des signaux. Finalement, la modelisation developpee s'applique a un demonstrateur passif flip ribbon, caracterise experimentalement jusqu'a 75 ghz. L'etude theorique demontre d'abord la necessite de demetalliser le circuit d'accueil, en regard du composant connecte et s'attache ensuite a valider les gains apportes en millimetrique par cette technique de report. La precision et l'interet de l'approche electromagnetique sont confirmes face aux resultats experimentaux. Pour terminer, elle permet d'identifier l'origine d'un dysfonctionnement majeur et de tester differentes evolutions du principe de connectique
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Daffé, Khadim. "Caractérisation hyperfréquence sous pointes de nano-dispositifs : métrologie et instrumentation." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I080/document.
Abstract:
Dans un contexte de développement spectaculaire des nano-objets, il est nécessaire de développer des moyens de caractérisation électrique haute fréquence sous pointes adaptés aux petites échelles. En particulier, deux verrous instrumentaux doivent être levés. D’une part, la principale difficulté pour caractériser des nano-composants est qu’ils présentent en régime dynamique de fortes valeurs d’impédances comparativement à celles des systèmes de mesure hyperfréquence usuels. D’autre part, Il existe une discontinuité de taille entre les nano-objets et les systèmes de mesure conventionnels. Compte tenu du challenge scientifique et d’un état de l’art relativement limité, plusieurs voies ont été explorées de concert. En premier lieu, dans le cadre d’un projet européen regroupant les acteurs de la métrologie, et du laboratoire commun IEMN-STMicroelectronics®, la traçabilité des mesures hautes impédances de nano-dispositifs est établie. Par ailleurs, il s’agit de développement de nouvelles générations de sondes GSG (Ground-Signal-Ground) en technologie MEMS (Microelectromechanical systems), miniaturisées et adaptées à la taille des nano-dispositifs. Les sondes sont montées sur une plateforme de nano-positionnement robotisée et intégrée dans un microscope électronique à balayageIn the frame of the spectacular development of nano-objects, innovative on-wafer electrical measurement methods must be addressed at the nanoscale. In particular, two main issues have been identified. On one hand, nano-devices exhibit very high dynamic impedance in contrast with conventional measuring microwave instruments. On the other hand, there is an inherent size discontinuity between nano-objects and conventional measurement systems. Given the scientific challenge and a relatively limited state of the art, several avenues of investigation have been explored. First, as part of a European project bringing together metrology laboratories, and the joint laboratory IEMN-STMicroelectronics®, the traceability of nano-devices high impedance measurements is established. In a second step, the development of an electrical on-wafer measuring platform for nano-devices is described. This includes the development of new generations of GSG (Ground-Signal-Ground) miniaturized probes in MEMS (Microelectromechanical systems) technology with reduced access pads. The probes are mounted on a robotic nano-positioning platform integrated in a scanning electron microscope
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Benzaim, Oussama. "Techniques multi-port pour la conception et la réalisation de systèmes micro-ondes dédiés à l'évaluation non destructive de matériaux." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10031.
Abstract:
Le Contrôle Non Destructif (CND) hyperfréquence consiste à examiner un matériau de telle manière qu’à l’issue de ce contrôle, son utilisation future n’en soit pas affectée. Ce type de caractérisation est généralement réalisé au travers de la mesure des propriétés de réflexion ou/et de transmission du matériau sous test par un analyseur de réseaux vectoriel conventionnel. Cependant, ce type d’appareillage s’avère surdimensionné en termes d’éventail de mesure et donc de coût pour un usage hors laboratoire. Aussi, nous avons développé, dans une optique de faible coût, des systèmes basés sur la technique six-port. En particulier, dans ce travail, un double réflectomètre quatre-port est développé pour la mesure des paramètres de réflexion et de transmission d’un quadripôle passif dans la bande de 55 - 65 GHz. La proposition d’une instrumentation plus complète, intégrant les ressources matérielles et logicielles, permet d’entrevoir des développements de systèmes spécialisés dans le domaine de la caractérisation hyperfréquence. Ainsi, nous avons adjoint des solutions logicielles, basée sur les réseaux de neurones artificiels, pour le traitement des grandeurs mesurées, afin de satisfaire aux besoins d’une Évaluation Non Destructive plus quantitative. Enfin, dans le but d’effectuer des caractérisations de défauts dont les dimensions sont inférieures à la longueur d’onde, un microscope micro-ondes constitué du système millimétrique associé à une sonde à ondes évanescentes a été proposé. Cet ensemble permet de relever les variations en module et en phase du coefficient de réflexion du matériau sous test, de manière sans contactNon Destructive microwave Testing (NDT) consists in examining a material so that after testing, its future use is not affected. Such characterization is usually achieved through the measurement of reflection and/or transmission properties of the material under test by a vector network analyzer. However, this type of equipment is oversized in terms of measurements abilities and cost for a use outside the laboratory. In order to overcome this limitation, we have developed, with a view to low cost, systems based on the six-port technique. In particular, a dual four-port reflectometer is developed for the measurement of reflection and transmission parameters of passive devices in the frequency range of 55 - 65 GHz. In addition, we have proposed complete solution which integrates hardware and software resources allowing the development of specialized systems in the field of microwave characterization. The added software solutions, based on artificial neural networks contribute to satisfy the needs of a non-destructive, quantitative evaluation. Finally, in order to perform characterization of defects whose dimensions are smaller than the wavelength, a mm-wave microscope formed by the mm-wave system and associated with an evanescent wave probe has been proposed. This ensemble reveals changes in magnitude and phase reflection coefficients of the material under test, allowing non-contact measurements. ___________________________________________________________________________
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Geynet, Boris. "Développement et étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/Si/Ge : C pour les technologies BiCMOS millimétriques." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10150/document.
Abstract:
Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie siliciumSi/SiGe:C heterojunction bipolar transistors integrated in BiCMOS technologies now reach cut-off frequencies fT and fmax larger than 200GHz. This allows them to address millimeter-wave applications up to 100GHz such as anti-collision automobile radars and optical and wireless communications. The purpose of this thesis is the development and the study of Si/SiGe:C HBTs for millimeter-wave BiCMOS technologies. After a reminder of the bipolar transistor theory, we show the methods of fabrication, characterization and modeling of high-speed devices. The architectures chosen by the main manufacturers of the semiconductor market are detailed and the obtained performances are compared. Then, we present the investigations driven for the development of the BiCMOS9MW technology from STMicroelectronics. A low-cost version of the high-speed HBT and a high-voltage device fully compatible with the technology are presented and the state-of-the-art results are shown. We also study the impact of the variations of the technological parameters and the design mIes on the main characteristics of devices. The last part of this work is dedicated to the development of new technological solutions in order to further improve the transition frequency fT of Si/SiGe:C HBTs. An optimization of the vertical profile has been realized thanks to the development of a new collector module using a selective epitaxy and to the reduction of the thermal budget during the devices fabrication. This last study leads to an improvement of the transition frequency fT above 400GHz at room temperature, this is the best performance obtained to date for a transistor in silicon technology
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Ktari, Mohamed Aymen. "Machine Learning for beam Alignment in mmWave massive MIMO." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAT047.
Abstract:
La demande croissante en efficacité spectrale, stimulée par les exigences strictes des réseaux 5G, a accéléré le développement de la technologie MIMO en ondes millimétriques, offrant des améliorations architecturales significatives grâce à des techniques de précodage avancées. Cette technologie présente des gains substantiels en termes d'efficacité spectrale et énergétique par rapport aux systèmes MIMO traditionnels. Cependant, le potentiel transformateur du MIMO en mmWave est entravé par les réalités complexes des environnements urbains réels et les propriétés physiques complexes inhérentes aux fréquences des ondes millimétriques.De manière cruciale, dans les communications massives MIMO en mmWave, le beamforming et le combining jouent des rôles essentiels : la large bande passante et la fréquence de fonctionnement élevée des systèmes à ondes millimétriques nécessitent un beamforming/combining dans le domaine analogique, rendant les approches entièrement digitales techniquement impossibles. Au cœur du MIMO massif en mmWave se trouve le problème d'Alignement des Faisceaux, exigeant l'identification des paires de faisceaux d'émission et de réception optimales qui maximisent le rapport signal/bruit, assurant ainsi une liaison initiale robuste.Les normes existantes, telles que WiGig, utilisent des méthodes exhaustives de sondage des faisceaux, testant chaque paire de faisceaux possible pour trouver celle qui maximise le SNR. Cependant, cela entraîne un surcoût important de signalisation de pilotes: le principal problème que nous cherchons à résoudre tout au long de cette thèse de doctorat. Notre recherche révolutionne l'Alignement des Faisceaux en intégrant des techniques de pointe en apprentissage automatique pour l'Alignement Partiel des Faisceaux, réduisant considérablement les surcharge de pilotes en ne sondant qu'un sous-ensemble de paires de faisceaux à l'aide de codebooks sous-échantillonnés. Ainsi, nous exploitons les énergies des signaux reçus à partir de ces sondages de paires de faisceaux, en utilisant des réseaux neuronaux peu profonds, la factorisation matricielle et leurs variantes pour résoudre avec précision des problèmes de régression non-linéaire et logistique, cruciaux pour déterminer la qualité des paires de faisceaux restantes.Un objectif fondamental de cette thèse est de déterminer la complexité de l'échantillonnage pour ces méthodes d'apprentissage automatique. Cette complexité dicte le nombre minimum d'échantillons d'entraînement nécessaires pour un apprentissage efficace et une transmission fiable. Nous examinons également les performances des modèles ML proposés sans estimation préalable du canal, introduisant le concept d'Alignement Aveugle des Faisceaux, ouvrant ainsi la voie à un changement radical de paradigme. De plus, notre recherche explore en profondeur les subtilités de la quantification, une contrainte pratique vitale. Nous explorons ensuite des compromis cruciaux : identifier la surcharge minimale correspondant au schéma de quantification optimal tout en investiguant le compromis classique entre précision et complexité.Grâce à une progression méthodologique systématique, allant des scénarios point-à-point basiques à bande étroite aux complexes architectures multi-utilisateurs à large bande, cette thèse de doctorat offre des insights et des solutions précieuses: les contributions proposées font progresser les domaines des communications en mmWave et les applications d'apprentissage automatique dans les systèmes sans fil, surpassant les benchmarks existants et affrontant les limites des approches conventionnellesThe escalating demand for spectral efficiency driven by the stringent requirements of 5G networks has spurred the development of mmWave MIMO technology, promising significant architectural improvements through advanced precoding techniques. This technology presents substantial gains in spectral and energy efficiencies compared to traditional MIMO systems. However, the transformative potential of mmWave MIMO is hampered by the complex realities of real-world urban environments and the intricate physical properties inherent to mmWave frequencies.Crucially, in mmWave massive MIMO communication, beamforming and combining play pivotal roles: the high bandwidth and operating frequency of mmWave systems necessitate analog domain beamforming/combining, rendering fully digital approaches technically non feasible. At the heart of mmWave large-dimensional MIMO lies the Beam Alignment problem, requiring the identification of optimal transmit and receiver beam pairs that maximize the Signal-to-Noise ratio, ensuring a robust initial link.Existing standards, such as WiGig, employ exhaustive beam sounding methods, testing each possible beam pair to find the one maximizing SNR. Consequently, it leads to substantial pilot-signaling overhead, the major problem we aim to encounter throughout this PhD. Our research revolutionizes Beam Alignment by integrating cutting-edge machine learning techniques for Partial Beam Alignment, significantly reducing the pilot overhead by soundings a subset of beam pairs using sub-sampled codebooks. Therefore, we leverage the received signal energies from these beam pairs soundings, employing shallow neural networks, matrix factorization, and their variants for accurately resolving non-linear and logistic regression problems, crucial for determining the quality of the remaining beam pairs.A fundamental objective of this thesis is to determine the sample complexity for these machine learning methods. This complexity dictates the minimum number of training samples necessary for effective learning and reliable transmission. We delve into the performance of the proposed ML models without prior channel estimation, introducing the concept of Blind Beam Alignment, thus pioneering a paradigm shift. Furthermore, our research delves deep into the nuances of quantization, a vital practical constraint. We then explore critical compromises: identifying the minimum overhead ratio corresponding to the optimal quantization scheme on the one hand and navigating the classic trade-off between accuracy and complexity on the other hand.Through systematic progression, ranging from basic point-to-point narrowband scenarios to intricate wideband multi-user architectures, this PhD thesis offers valuable insights and solutions. The proposed contributions advance the fields of mmWave communications and Machine Learning applications in wireless systems, outperforming existing benchmarks, and encountering the limitations of conventional approaches
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Delcourt, Sébastien. "Caractérisation de composants et dispositifs actifs en basse température en bande Ka et Q : applications à la filière métamorphique." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-217.pdf.
Abstract:
Cette thèse traite de la caractérisation bruyante de dispositifs actifs en basse température en bande Ka (26-40 GHz) et en bande Q (33-50 GHz). La mise au point d'un modèle électro-thermique original nous a permis d'estimer de manière très précise le facteur de bruit de composants refroidis (jusque 78K). Cette méthode a été associée à une amélioration de la représentation en bruit du modèle dit «F50» à deux températures de bruit Tin Tout, en tenant compte de l'inductance de source, influente dans ces bandes de fréquences. Ces méthodes ont été appliquées principalement à la caractérisation d'une filière émergente de composants, les composants dit métamorphiques MHEMTs. L'amélioration du comportement bruyant de ces transistors refroidis s'accompagne également d'une diminution de la consommation, intéressantes pour des applications refroidies embarquées. Un amplificateur faible bruit conçu par le CNES, et utilisant cette filière industrielle, a été caractérisé à température ambiante et en basse température, donnant des performances à l'état de l'art, avec un facteur de bruit relevé de 1,1 dB à 30 GHz, pour un gain de 28 dB à 296K. En basse température, ce dispositif présentait une température équivalente de bruit très faible de l'ordre de 20K. D'autre part, ce dispositif conçu pour fonctionner à température ambiante présentait toujours en basse température un comportement normal tirant profit du refroidissement du composant. Nous avons ainsi pu observer toute la potentialité de la filière métamorphique pour des applications embarquées bas bruit refroidies pour des fréquences allant jusque 50GHzThis thesis is related on the noise characterisation of active devices at low temperatures (until 78K) in the Ka Band (26-40 GHz) and in the Q band (33-50 GHz). An original electro-thermal model has been developed to extract very precisely at low temperatures (until 78K) the noise figure of cooled components. This method has been associated to an amelioration of the estimation of the noise parameters due to the "F50" model, using two noise temperatures Tin, Tout, taking into account the source inductor of the transistors. , which has a great influence in these frequency bands. These methods have been applied mainly to a new kind of transistors, the metamorphics transistors MHEMTs. The improvement of the noise behaviour of cooled transistors is accompanied to a reduction of the consumption, interesting for cooled embedded applications. A low noise amplifier has been designed by the CNES, using this kind of transistors, and exhibiting state of the art performance, with a noise figure of 1. 1 dB and an associated gain of 28 dB at 30 GHz. At low temperatures, this device designed to work at room temperature, was still working very well at 78K, with a very low noise behaviour. So, we have observed all the potentiality of the metamorphic process for cooled embedded low noise applications, for frequencies up to 50 GHz
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Di, Palma Luca. "Antennes réseaux transmetteur reconfigurables aux fréquences millimétriques." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S092/document.
Abstract:
De nombreuses applications civiles et militaires (faisceaux hertziens, futurs réseaux mobiles, communications par satellite, radars automobiles, systèmes d’imagerie haute résolution) nécessitent des antennes à faisceau reconfigurable (dépointage de faisceau, faisceaux multiples, faisceaux formés). Les antennes à réseaux transmetteurs apparaissent comme une alternative aux réseaux phasés classiques ou aux réseaux réflecteurs pour ces applications. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la faisabilité de réseaux reconfigurables fabriqués avec des technologies standards en bande Ka (20-30 GHz). Divers cellules élémentaires utilisant des diodes p-i-n et fonctionnant en polarisation linéaire ou circulaire ont été conçues, optimisées et caractérisées. Les mesures en guide d’onde montrent des pertes minimales de 1,09 dB à 29,0 GHz et une bande passante à 3 dB de 14,7%. Une méthode de simulation hybride a été développée afin d’analyser efficacement des réseaux de grandes dimensions utilisant des rotations séquentielles d’éléments pour optimiser la qualité de polarisation et les diagrammes de rayonnement. Un réseau de 400 cellules élémentaires fonctionnant en polarisation circulaire a été réalisé et testé en chambre anéchoïque. Un dépointage électronique de ±60° et la possibilité de commuter entre les deux polarisations circulaires (droite/gauche) ont été démontrésSeveral civil and military applications (hertzian beams, satellite communications, automotive radars, high resolution imaging systems) require antennas with reconfigurable beam capabilities (beam-scanning, beamshaping, multiple beam generation). Transmitarray antennas are good candidates and represent an alternative to classical phased arrays or reflect-arrays for these applications. The main objective of this thesis is to demonstrate the feasibility of reconfigurable transmitarrays fabricated with standard technologies in Ka-band (20-30 GHz). Different unit-cell designs based on p-i-n diodes have been developed to work in linear and circular polarization. Their optimization and experimental characterization have been performed. Waveguide measurements show insertion losses of 1.09 dB at 29.0 GHz with a 3-dB bandwidth of 14.7%. A hybrid simulation technique has been developed in order to analyze efficiently large transmitarrays in which the sequential rotation technique has been applied to optimize the polarization quality and the radiation patterns. A 400-elements transmitarray operating in circular polarization has been realized and tested in anechoic chamber. A beam-scanning angular coverage of ±60° and circular polarization selection (left/right) have been demonstrated
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Verdy, Matthieu. "Développement de stratégies de test pour les systèmes de communications millimétriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT078/document.
Abstract:
L’objectif de cette thèse est de développer une stratégie de test globale pour réduire le cout du test tout en garantissant une couverture de test complète. On s’intéressera plus particulièrement aux communications millimétriques à base de modulation OFDM. Les investigations devront être orientées vers l’implémentation de « BIST » dans le circuit pour relaxer les contraintes sur l’environnement de test. L’environnement de test est composé de l’ATE et de l’interface de test. Pour relaxer les contraintes sur l’environnement de test et ainsi réduire le cout du test, notre approche est d’opter pour un « ATE » standard » et d’implémenter le minimum possible de composants dans l’interface de test. Les spécifications des BIST et éventuellement des modules à implémenter dans l’interface de test devront être suffisamment précis et réalistes pour permettre une implémentation physique. Pour atteindre ces objectifs notre approche est de s’appuyer sur les modèles des différents blocs et de procéder à des simulations appropriées pour identifier les paramètres de test pertinents d’abord et ensuite proposer une solution de test qui permet de mesurer chaque paramètre. Les paramètres de test pertinents sont les paramètres qui permettent de tester le système de communication en un temps minimal avec une couverture de test convenable. Ces paramètres de test peuvent être déterminés en combinant le test fonctionnel au test structurel. Le test fonctionnel permet de détecter l’existence de fautes catastrophiques en un minimum de temps et le test structurel permet de localiser les fautes catastrophiques et de déterminer les performances individuelles des blocs critiques pour améliorer le rendement. Pour le test structurel, les performances individuelles des blocs critiques peuvent être déterminées directement au moyen de BIST dédiés ou indirectement en procédant à une corrélation entre les paramètres des blocs et un paramètre global tel que l’EVM ou tout autre type de paramètre adaptéThe thesis' goal is to develop global test strategy in order to reduce test cost and ensure total test cover. OFDM millimeter communications will a point of interest in this thesis. The investigation has to reach the circuit BIST implementation to release constraint over test environment. The test environment contains ATE and test interface. Our approach consists in using a standard ATE and implementing few components on test interface. BIST specification and modules of test interface must be precise and realistic in order to ensure the physical implementation. To reach these goal, we will first rely on models of different blocks and appropriate simulations to identify relevant test parameters. Secondly, we will produce test solution that ensure the measure of each relevant parameters. Relevant test parameters are parameters that allow to test the system quickly, wih maximal test cover. These parameters can be computed using both functional model and structural model. Functional model is used to detect catastrophic faults, and structural model determines each blocks performance to improve efficiency. Dealing with structural test, individual block performances can be determined using BIST, or computing correlation between local blocks parameters and global system parameters (ie. EVM, or any relevant parameter)
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Benzaim, Oussama. "Techniques multi-port pour la conception et la réalisation de systèmes micro-ondes dédiés à l'évaluation non destructive de matériaux." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10031/document.
Abstract:
Le Contrôle Non Destructif (CND) hyperfréquence consiste à examiner un matériau de telle manière qu’à l’issue de ce contrôle, son utilisation future n’en soit pas affectée. Ce type de caractérisation est généralement réalisé au travers de la mesure des propriétés de réflexion ou/et de transmission du matériau sous test par un analyseur de réseaux vectoriel conventionnel. Cependant, ce type d’appareillage s’avère surdimensionné en termes d’éventail de mesure et donc de coût pour un usage hors laboratoire. Aussi, nous avons développé, dans une optique de faible coût, des systèmes basés sur la technique six-port. En particulier, dans ce travail, un double réflectomètre quatre-port est développé pour la mesure des paramètres de réflexion et de transmission d’un quadripôle passif dans la bande de 55 - 65 GHz. La proposition d’une instrumentation plus complète, intégrant les ressources matérielles et logicielles, permet d’entrevoir des développements de systèmes spécialisés dans le domaine de la caractérisation hyperfréquence. Ainsi, nous avons adjoint des solutions logicielles, basée sur les réseaux de neurones artificiels, pour le traitement des grandeurs mesurées, afin de satisfaire aux besoins d’une Évaluation Non Destructive plus quantitative. Enfin, dans le but d’effectuer des caractérisations de défauts dont les dimensions sont inférieures à la longueur d’onde, un microscope micro-ondes constitué du système millimétrique associé à une sonde à ondes évanescentes a été proposé. Cet ensemble permet de relever les variations en module et en phase du coefficient de réflexion du matériau sous test, de manière sans contactNon Destructive microwave Testing (NDT) consists in examining a material so that after testing, its future use is not affected. Such characterization is usually achieved through the measurement of reflection and/or transmission properties of the material under test by a vector network analyzer. However, this type of equipment is oversized in terms of measurements abilities and cost for a use outside the laboratory. In order to overcome this limitation, we have developed, with a view to low cost, systems based on the six-port technique. In particular, a dual four-port reflectometer is developed for the measurement of reflection and transmission parameters of passive devices in the frequency range of 55 - 65 GHz. In addition, we have proposed complete solution which integrates hardware and software resources allowing the development of specialized systems in the field of microwave characterization. The added software solutions, based on artificial neural networks contribute to satisfy the needs of a non-destructive, quantitative evaluation. Finally, in order to perform characterization of defects whose dimensions are smaller than the wavelength, a mm-wave microscope formed by the mm-wave system and associated with an evanescent wave probe has been proposed. This ensemble reveals changes in magnitude and phase reflection coefficients of the material under test, allowing non-contact measurements. ___________________________________________________________________________
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Sarimin, Nuraishah. "Transmitter design in the 60 GHz frequency band." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066638.
Abstract:
Avec la prolifération des appareils électroniques portables et mobiles communicants, il est recommandé de pouvoir échanger des données rapidement et commodément entre les appareils. Avec la pénurie de bande passante et la congestion dans le spectre des fréquences faibles, la technologie de communication à ondes millimétriques (Mm-wave) est considérée comme l'une des technologies clés du futur pour permettre des applications sans fil à débit élevé grâce à son large spectre abondant. Les nœuds de technologie CMOS avancés sont dotés de ft et fmax plus élevés qui permettent une utilisation peu coûteuse et généralisée de ce spectre. Cependant, de nombreux défis associés à la conception de circuits et de systèmes RF millimétriques en utilisant des technologies CMOS avancées ont été identifiés. L’amplificateur de puissance (PA) a été identifié comme étant le bloc le plus difficile à concevoir dans un émetteur-récepteur intégré RF millimétrique. Le concept au niveau du système de l’architecture basse puissance est d’abord étudié et des blocs clés tels que l’antenne 60 GHz et le modulateur OOK dans la technologie CMOS 130nm ont été présentés. Cette thèse explore également les défis de conception de l’amplificateur de puissance à ondes millimétriques dans la technolgie 28nm UTBB-FDSOI. Trois conceptions différentes d’amplificateur de puissance de 60 GHz ont été démontrées dans 28nm LVT FDSOI : 1) Un PA cascode à deux étages, 2) Un PA différentiel à deux étages à base de transformateur, 3) Un PA différentiel à deux étages à puissance combinée. Les performances simulées, y compris la prise en compte des parasites principaux de disposition ont été présentées. Les travaux futurs incluront l’intégration sur puce avec le PAWith the proliferation of portable and mobile electronic devices, there is a strong need to exchange data quickly and conveniently between devices encouraging to overcome challenges in bandwidth shortages and congestion in the lower frequencies spectrum. Millimeter-wave (Mm-wave) technology is considered as one of the future key technologies to enable high data rates wireless applications due to its large abundant spectrum. Advanced CMOS technology nodes comes with high ft and fmax, enable low cost and widespread use of this spectrum. However, many associated challenges ranging from device, circuit and system perspectives for the implementation of a highly integrated mm-wave transceiver especially the power amplifier (PA) which identified to be the most challenging RF block to be designed. The system level concept of low power architecture is firstly studied and key blocks such as 60 GHz antenna and OOK modulateur in 130nm CMOS technology were presented. This thesis also explores the design challenges of mm-wave power amplifier in 28nm UTBB-FDSOI technology. Three different designs of 60 GHz power amplifier were demonstrated in 28nm LVT FDSOI : 1) A two-stage cascode PA, 2) A two-stage differential PA with low-km TMN, 3) A power combined two-stage differential PA with low-km TMN. The simulated performance including the consideration of key layout parasitics were presented. Future work will include for on-chip integration with the PA
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El, Makoudi Ikram. "Étude et fabrication de transistors à enrichissement de la filière InAlAs/InGaAs pour applications millimétriques faible bruit." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10069/document.
Abstract:
Pour les applications électroniques analogiques, des composants fonctionnant en hautes fréquences avec un faible niveau de bruit sont nécessaires. Pour le développement de circuits numériques hauts débits de type DCFL, il faut utiliser des transistors à effet de champ à tensions de seuil positives. De plus, la tenue en tension est aussi une contrainte. La structure HEMT métamorphique à enrichissement AlInAs/GaInAs sur GaAs développée par la société OMMIC en 2007 répond à ces exigences et constitue le point de départ de cette étude. Le but de cette thèse est en effet de fournir une structure de HEMTs à enrichissement (E-HEMTs) de la filière AlInAs/InGaAs pour applications faible bruit sur substrat InP, afin de tirer profit de sa forte mobilité électronique, tout en maintenant de bonnes caractéristiques statiques et dynamiques. Notre travail d’optimisation, de réalisation et de caractérisation de structures permet d’atteindre des fréquences de coupure FT, FMAX de respectivement 204 GHz et 327 GHz, pour un NFmin de 0.96 dB et un gain associé de 13.2 dB à 30 GHz, pour des structures présentant d’excellentes performances statiques : tension de seuil positive de 30 mV, tension de claquage grille - drain de –7 V, transconductance de 1040 mS/mm. Ces résultats placent ce HEMT sur InP à l’état de l’art des transistors HEMTs à enrichissement, et en font un concurrent des transistors HEMTs à déplétion pour les applications faible bruitThe increasing needs of high frequency electronic systems combined with constant efforts in miniaturization require low noise and high frequency Field Effect Transistor with high operation voltage. For digital applications, enhancement mode HEMT is needed. The enhancement-mode metamorphic AlInAs/GaInAs HEMT on GaAs substrate developed in OMMIC in 2007 meet these requirements and it represents the starting point of our study. The aim of our work is to provide AlInAs/InGaAs E-HEMTs for low noise applications, on InP substrate in order to take advantage of its high electronic mobility, while maintaining high static and dynamic performances. We first optimized the structure, then we realized and characterized E-HEMTs which reach high cutoff frequencies, such as 204 GHz for FT and 327 GHz for FMAX, combined with a low noise figure of 0.96 dB and an associated gain of 13.2 dB at 30 GHz. These structures also show high static performances such as a 30 mV threshold voltage, a gate-to-drain breakdown voltage of –7 V, and a high transconductance of 1040 mS/mm. These results make this pseudomorphic E-HEMT on InP substrate at the state of the art of the enhancement mode HEMTs, and it even competes with the best low noise applications depletion mode HEMTs
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Fuscaldo, Walter. "Advanced radiating systems based on leaky waves and nondiffracting waves." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S015/document.
Abstract:
La focalisation du champ électromagnétique dans les zones de champ proche et lointain est un sujet de forte actualité pour l'imagerie médicale et la radiométrie des microondes jusqu'aux ondes millimétriques. Dans ce cadre, la théorie des ondes de fuite est un formalisme élégant qui permet de décrire d'une même façon les problèmes radiatifs en champ proche et en champ lointain des microondes aux fréquences optiques. Dans cette thèse, on utilise la polyvalence de la théorie des ondes de fuite pour développer des systèmes rayonnants complexes afin de contrôler les caractéristiques radiatives en champ lointain aux fréquences submillimétriques et pour focaliser la radiation électromagnétique en champ proche aux fréquences millimétriques. Ainsi, l'utilisation de matériaux uniques comme le graphène et les cristaux liquides ont été considérés pour la conception des antennes à ondes de fuite, en obtenant des résultats très intéressants en termes de reconfigurabilité, d'efficience et de directivité. Dans ce contexte, une analyse théorique originale a fourni de nouvelles formules pour l'évaluation des caractéristiques radiatives (c.à.d. la largeur de faisceau, le niveau des lobes secondaires, etc.) des antennes à ondes de fuite. En effet, la largeur du faisceau de ces antennes est, jusqu'à présent, estimée au moyen des formules proposées pour la première fois dans les années '60 par Prof. Arthur A. OLINER. Ces formules ne tiennent en compte ni de la longueur de l'antenne (sauf pour des cas très particuliers), ni du rayonnement longitudinal, elles ne permettent donc pas une évaluation rigoureuse.En complément à la reconfigurabilité en champ lointain, les ondes de fuite offrent aussi la possibilité de focaliser la radiation en champ proche. Dans ce cas, on voit que les ondes de fuite peuvent être utilisées d'une façon efficace pour générer des faisceaux non diffractifs de Bessel à travers des systèmes rayonnants à bande étroite aux ondes millimétriques. De plus, le caractère non diffractif des faisceaux de Bessel peut aussi être utilisé pour générer des impulsions très localisées (comme les solitons en optiques) à travers la superposition continue des faisceaux de Bessel sur une large bande de fréquence. Dans ce cadre, une nouvelle formulation a été développée afin de comprendre les limitations physiques et technologiques concernant la génération des impulsions non diffractives et non dispersives, c.à.d. les X-waves. Les résultats ont montré qu'un type de systèmes rayonnants à large bande, notamment les antennes RLSA (en anglais « Radial Line Slot Array »), semblent très favorables pour la génération des X-wavesIn recent years, microwave, millimeter-wave, and THz applications such as medical and security imaging, wireless power transfer, and near-field focusing, just to mention but a few, have gained much attention in the area of ICT due to their potentially high social impact. On one hand, the need of highly-directive THz sensors with tunable radiating features in the far-field region has recently boosted the research activity in the design of flexible, low-cost and low-profile devices. On the other hand, it is of paramount importance to focus energy in the near-field region, and thus the generation of limited-diffraction waves in the microwave and millimeter-wave regime is a topic of recent increasing interest. In this context, leaky-wave theory is an elegant and extremely useful formalism which allows for describing in a common fashion guiding and radiating phenomena in both the near field and the far field, spanning frequencies from microwaves to optics passing through THz. In this PhD thesis we aim to exploit the intrinsic versatility of the leakywave approach to design advanced radiating systems for controlling the far-field radiating features at THz frequencies and for focusing electromagnetic radiation in the near field at millimeter waves. Specifically, the use of relatively new materials such as graphene and liquid crystals has been considered for the design of leaky-wave based radiators, achieving very promising results in terms of reconfigurability, efficiency, and radiating capabilities. In this context, an original theoretical analysis has provided new general formulas for the evaluation of the radiating features (e.g., half-power beamwidth, sidelobe level, etc.) of leaky-wave antennas. Indeed, the current formulations are based on several simplifying hypotheses which do not allow for an accurate evaluation of the beamwidth in different situations. In addition to the intriguing reconfigurable capabilities offered by leaky waves in far-field applications, interesting focusing capabilities can be obtained in the near field. In particular, it is shown that leaky waves can profitably be used to generate limited-diffraction Bessel beams by means of narrow-band radiators in the microwave range. Also, the use of higherorder leaky-wave modes allows for achieving almost the same performance in the millimeter-wave range, where previous designs were subjected to severe fabrication issues. Even more interestingly, the limited-diffractive character of Bessel beams can also be used to generate limited-diffraction pulses as superpositions of monochromatic Bessel beams over a considerable fractional bandwidth. In this context, a novel theoretical framework has been developed to understand the practical limitations to efficiently generate limited-diffraction, limited-dispersion pulses, such as X-waves, in the microwave/millimeter-wave range. As a result of this investigation, a class of wideband radiators has been thoroughly analyzed, showing promising capabilities for the generation of both zeroth-order and higher-order Xwaves. The latter may pave the way for the first localized transmission of orbital angular momentum in the microwave range
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Parment, Frédéric. "Guides d’onde Intégrés au Substrat (SIW) multicouches à haute performance pour des circuits millimétriques à faible coût." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT077/document.
Abstract:
La technologie SIW, introduite dans les années 2000, suscite aujourd’hui un très vif intérêt pour la conception de circuits micro-ondes compacts, intégrés, faible coût et blindés par nature. Cependant, les guides d’onde métalliques, qui offrent de bien meilleures performances en termes de pertes d’insertion et de tenue en puissance, malgré un coût bien plus important, sont encore incontournables pour de nombreuses applications millimétriques. Afin de proposer une alternative intégrée et faible coût au guide d’onde rectangulaire, et de permettre une large exploitation du spectre millimétrique, cette thèse propose une nouvelle structure SIW appelée SIW creux. Cette nouvelle structure a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Aux fréquences millimétriques, comparativement au SIW, le SIW creux offre des pertes d’insertion trois fois plus faible ainsi qu’une tenue en puissance moyenne quatre fois plus importante. De nombreux dispositifs passifs SIW creux ont été conçus en prenant avantage du procédé de circuit imprimé multicouche mis en œuvre. Des coupleurs, déphaseurs, diviseurs de puissance, antennes et filtres ont été réalisés basés sur la technologie introduite. Leurs performances sont théoriquement et expérimentalement comparées avec leur contrepartie SIW afin de démontrer les avantages de la nouvelle technologie proposéeThe substrate integrated waveguide (SIW) technology, introduced in the early 2000s, has presently trigged a huge interest from academia to industry with the focus on the design and development of low-loss, compact, integrated, self-packaged and low-cost microwave and millimeter-wave circuits, antennas and systems. However, the classical metallic waveguide technology, which offers better performances such as lower insertion loss and higher power handling, has still been used in the design of microwave and millimeter-wave systems, despite its higher cost and bulky structure. To offer a highly integrated, further loss-reduced, low-cost alternative to the conventional waveguide and also to allow a wide-spread use of the millimeter-wave spectrum, this thesis research introduces a new SIW structure called Air-Filled SIW (AFSIW). This new structure has been theoretically and experimentally studied in details with a substantial amount of results. At millimeter wave frequencies, compared to the SIW topologies, the proposed AFSIW scheme exhibits a substantially lower insertion loss (three times, for example) and a much higher average power handling capability (four times, for example). Numerous AFSIW passive components have been investigated designed and demonstrated, which take advantages of the well-established multilayer printed circuit board (PCB) fabrication process. Couplers, phase shifters, power dividers, antennas and filters have been modeled, designed, prototyped and measured based on the introduced technology. Their performances have theoretically and experimentally been compared with their SIW counterparts to demonstrate and validate the benefits of the proposed technology
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Acri, Giuseppe. "Sensibilité à la technologie et accordabilité des matrices de Butler en guide intégré dans le substrat, déclinées sur substrat PCB à 28 GHz et sur interposer above-IC benzocyclobutène aux fréquences millimétriques." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT019.
Abstract:
Les technologies réseau sont devenues de plus en plus omniprésentes au cours des deux der-nières décennies. En particulier, la 5G (cinquième génération) devrait supporter des vitesses haut débit nettement plus rapides, des capacités de transfert cent fois plus élevées et des re-tards plus faibles que la générations 4G précédente tout ceci permettant d’utiliser le plein potentiel de l’Internet des Objets. Plus précisément, le spectre sous-employé des bandes de fréquences millimétriques (mm-wave) (30-300 GHz) pourrait être considéré comme une solution potentiellement rentable pour atteindre les objectifs susmentionnés. Dans un tel contexte, les systèmes d’antennes à faisceau commuté sont devenus d’un grand intérêt parce qu’ils peuvent atteindre une plus grande efficacité spectrale et améliorer le bilan de puis-sance des systèmes de communication sans fil. Plus spécifiquement, la matrice de Butler (BM) est l’un des réseaux de formation de faisceaux multiples les plus intéressants, intensi-vement exploré et largement employé dans les systèmes de communication en raison de ses propriétés conjointes d’adaptation, d’isolation, et d’équipartition de puissance.Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse de doctorat se concentre sur la conception de matrices de Butler en topologie SIW pour les applications millimétriques. Plusieurs bandes de fréquence ont été abordées à cette fin. La bande autour de 28 GHz intéresse particulière-ment la 5G. Ainsi, le concept de matrice étendue en technologie PCB-SIW est introduit pour la BM 4x4, permettant d’atteindre une meilleure résolution spatiale que le simple système 4x4. La bande WR10 (75 GHz-110 GHz) ainsi que quelques bandes millimétriques au-delà ont également été étudiées. Pour ces dernières, le recours à des substrats intermédiaires dé-diés au millimétrique, appelées interposeurs, s’est révélé indispensable. Dans les deux cas, les structures proposées ont été détaillées, des analyses théoriques élaborées et les résultats de simulation confortés par la mesure, accompagnés de rétro-simulations si besoin, dans le but de proposer des preuves de concept. L’un des principaux objectifs de ce manuscrit est d’améliorer la couverture spatiale de l’antenne et la performance du système de formation du faisceau par rapport à son homologue conventionnel tout en gardant presque inchangé la surface du réseau (coûts réduits et complexité de conception). Un autre objectif est d’étudier la sensibilité du système afin de révéler les points faibles de la matrice de Butler.Le premier chapitre de cette thèse présente un état de l’art des dites matrices, RF et mm-wave , et détaille les solutions permettant d’étendre l’orientation du faisceau. Dans le deu-xième chapitre, l’attention se concentre sur une étude Monte Carlo de sensibilité de la BM quasiment exhaustive. Dans le troisième chapitre, les avantages et inconvénients du chan-gement continu et/ou digital de phase sont discutés et un déphaseur SIW 1-bit, 28-GHz, uti-lisant des diodes PIN, est conçu et testé. Ce déphaseur est un des blocs phare de la matrice de Butler étendue. Le quatrième chapitre présente la conception et la mesure des blocs de la BM à 28 GHz ainsi que l’ensemble des mesures du système complet étendu. Dans le cin-quième chapitre, des guides, coupleurs et crossovers SIW sur interposeur BCB (benzocyclo-butene), tous blocs de la matrice, ont été conçus et mesurés en bande WR10 et WR5. Ils con-firment les performance très intéressante du BCB. En perspective, le concept de matrice de Butler étendue pourrait être mis en œuvre sur interposeur BCB mais aussi dans d’autres technologies telles que les membranes à nanofils métalliques (MnM) pour des applications sous-THzNetworking technologies have become increasingly omnipresent over the past two decades. In particular, 5G (fifth generation) is expected to support significantly faster mobile broad-band speeds, lower latencies and hundreds of times more capacity than current 4G (fourth generation) while also enabling the full potential of the Internet of Things. Specifically, the underemployed spectrum in the millimeter-wave (mm-wave) frequency bands (30-300 GHz) might be seen as a potentially profitable solution for achieving the aforementioned goals. In such a context, the switched-beam antenna (SBA) systems have become of great interest because they can achieve high spectral efficiency and increase the capacity of wireless communication systems. More specifically, Butler matrix (BM) is one of the most important multiple beam forming networks, which has been intensively explored and extensively em-ployed in communication systems due to its unique properties as perfect matching, isolation, and equal power division, that can be obtained at the same time.The work achieved in this PhD thesis was focused on the conception of a Butler matrix, for mm-wave applications in SIW topology. Two frequency bands were mainly addressed for that purpose. The first one is the band around 28 GHz, that is suited for 5G, where an ex-tended beam agility concept was introduced for 4ⅹ4 Butler matrix, in PCB-SIW technology, to achieve a better spatial resolution, as compared to a 4ⅹ4 conventional system. The second one is the WR10 band (75 GHz-110 GHz), as well as some extra-bands beyond, for which the use of intermediate packaging platforms, so-called interposers, allow the frequency ris-ing as compared to the conventional PCB technologies. In both, the proposed structures were detailed, theoretical analyses were developed, and simulation and measurement works were carried out, with retro-simulations when needed, which permitted to validate the proposed concepts. One of the main goals of this manuscript is to enhance the spatial antenna cover-age and the performance of the beam forming system as compared to its conventional coun-terpart while keeping almost unchanged the surface (reduced costs and design complexity). Another goal is to study the sensitivity of the system, so that the weak points of the BM are revealed.In the first chapter of this thesis, BM solutions for RF and mm-Wave circuits were present-ed, and beam-steering enhanced ability BMs was detailed. In the second chapter, attention focuses on a detailed sensitivity BM study based on a Monte Carlo approach and a proposed solution for extended beam Butler matrices well suited to SIW technology. In the third chap-ter, the pros and cons of continuous and digital phase shifting are discussed and a 28-GHz ,1-bit, SIW, phase shifter using PIN diodes, is designed and tested as a solution to be used in the extended beam matrix. In the fourth chapter, the design blocks for 28 GHz SIW Butler matrix were introduced and measured, along with the entire BM measurements. In the fifth chapter, benzocyclobutene (BCB) SIW useful for Butler matrix blocks were designed and measured in WR10 and WR5 bands, which show the very interesting performance of such an interposer. Even coupler and crossover were fabricated and measured in WR10 band. As a prospect, the extended beam agility BM concept could be implemented in BCB interposer or other kind of interposers as metallic nanowire membranes (MnM) for sub-THz applications, to test the feasibility
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Delage, Anthony. "Technologie aérosol appliquée à l'intégration 3D et aux composants hyperfréquences." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0113.
Abstract:
Ces travaux de thèse portent sur la mise au point de la technologie Aérosol Jet printing (AJP) pour réaliser des composants hyperfréquences dans la bande des fréquences millimétriques et pour répondre à des problématiques d’intégration 3D de composants. Le premier chapitre est consacré à une étude bibliographique pour comparer les différentes technologies additives existantes sur le marché afin de positionner l’AJP par rapport à l’état de l’art. Le second chapitre est consacré à la sélection et à la caractérisation de matériaux métalliques et diélectriques sous forme d’encres imprimables par AJP. Ces différents tests s’appuient sur la réalisation de composants hyperfréquences sur des substrats céramique plats. Le troisième chapitre est consacré à la métallisation sélective par AJP d’objets 3D céramique réalisés par stéréolithographie. Plus particulièrement, ces différents tests aideront à terme à pouvoir métalliser sélectivement des filtres volumiques en céramique fonctionnant aux fréquences millimétriques. Le quatrième chapitre concerne la conception, l’étude et la mise en oeuvre de nouveaux types de composants hybrides et autres interconnexions entièrement imprimables par AJP. L’approche de ce travail est originale par l’utilisation d’une technologie additive innovante de métallisation sélective et son applications sur les composants passifs hyperfréquencesThis thesis work is focused on the development of the Aerosol Jet printing (AJP) technology to produce microwave components in the millimeter frequency band and to address 3D component integration issues. The first chapter is devoted to a bibliographic study to compare the different additive technologies available on the market in order to position the AJP in relation to the state of the art. The second chapter is dedicated to the selection and characterization of metallic and dielectric materials that can be printed by AJP. These various tests lead to the production of microwave and millimeter waves components on flat ceramic substrates. The third chapter is devoted to the selective metallization by AJP of 3D ceramic objects produced by stereolithography. More specifically, the various tests will eventually allow ceramic volumetric filters operating at millimeter waves to be selectively metallized. The fourth chapter concerns the design, study and implementation of new types of hybrid components and interconnects that can be fully printed by AJP. This work is original through the use of an innovative additive selective metallization technology applied to microwave and millimeter wave passive components
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Sourikopoulos, Ilias. "Techniques de traitement numérique en temps continu appliquées à l'égalisation de canal pour communications millimétriques à faible consommation." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10189/document.
Abstract:
Les récepteurs pour les communications sans fil très haut débit à 60 GHz tirent profit des innovations des liens filaires afin de réduire le budget de puissance, ce qui permettra l'intégration de la prochaine génération des terminaux portables sans fil. L’implémentation d’un égaliseur de canal à décision rétroactive, utilisant des signaux mixtes, est proposé pour diminuer la consommation globale du système. Dans ce mémoire, la réduction de consommation est atteinte par l'élimination de l'horloge du chemin de rétroaction de l’égaliseur. Inspiré par des récents développements en traitement des signaux numériques en temps continu, une ligne à retard numérique est aussi introduite. Le système conçu vise à atténuer les effets causés par les réflexions du signal dans des contextes de transmission en contact visuel entre le transmetteur et le récepteur. Les résultats théoriques montrent ainsi une consommation dépendante de la réalisation du canal. En outre, un élément de délai numérique programmable est proposé en tant qu’élément granulaire de la ligne à retard, en exploitant la polarisation de substrat des transistors, afin d’atteindre un réglage des délais extrêmement fin. Des démonstrateurs sur Silicium ont été fabriqués et caractérisés en technologie 28 nm FDSOI (Fully Depleted Silicon Over Insulator) pour démontrer les concepts proposés dans cette thèseReceivers for 60GHz wireless communications have been profiting from innovation in wired links in order to meet a power budget that will enable integration in next‐generation high-speed portable wireless terminals. Mixed‐signal implementations of the Decision Feedback Equalizer (DFE) have been proposed to alleviate overall system consumption. In this thesis, power minimization is pursued by removing the clock from the feedback path of the DFE. Inspired by recent developments in Continuous‐Time Digital Signal Processing, a continuous‐time digital delay line is used. The design aims at mitigating wireless channel impairments caused by signal reflections in typical Line‐of‐Sight, indoors deployment conditions. The system is shown theoretically to achieve channel‐dependent power consumption within acceptable Bit Error Rate performance for decoding. Moreover, a programmable digital delay element is proposed as the granular element of the delay line that exploits body biasing to achieve a coarse/fine functionality. Prototype DFE and delay lines have been fabricated and characterized in 28nm Fully Depleted Silicon Over Insulator technology (FDSOI)
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Debroucke, Romain. "Développements de capacités variables en technologie silicium pour les applications RF et mmW." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10135.
Abstract:
La multiplication des normes et des standards de communications permet de nos jours d’élargir l'éventail des services pour chaque consommateur. Si cette prolifération des normes est un plus non négligeable pour les utilisateurs, elle engendre une complexité accrue des systèmes d’émission/réception que ce soit en RF (3G, 4G), ou en mmW (W-HDMI, imagerie, radar, capteurs). Ces systèmes Tx/Rx doivent être capables de nos jours de supporter plusieurs bandes de fréquence (téléphonie tri-bandes), ou de générer des fonctions agiles, on parle alors de systèmes reconfigurables. C’est dans ce contexte que se placent ces travaux de thèse dont l’objectif est d’aborder la problématique du développement de capacités variables aux fréquences radios et millimétriques.Le premier chapitre intitulé “Emergence du besoin de capacités non linéaires haute performance en technologie silicium” identifie les limitations de l’offre usuelle de capacités variables à STMicroelectronics. Le second chapitre « Caractérisation de capacité à l’échelle attoFarad : Le Challenge de la mesure haute impédance » discutera de la problématique de la caractérisation de très faibles capacités, dites attoFarad, utilisées majoritairement dans les oscillateurs à commande digital (D.C.O.). Ces capacités sont de nos jours difficilement modélisables étant donnés les problèmes de caractérisation qu’elles posent avec les solutions standards. Nous discuterons d’une nouvelle méthode de caractérisation haute fréquence permettant l’extraction de capacité de 50aF de 1 à 10GHz.Le troisième chapitre intitulé « De l’analogique au digital, développements de capacités variables jusqu’aux fréquences millimétriques en technologie CMOS et BiCMOS » s’intéressera à l’amélioration des facteurs de mérite de la capacité variable ;(rapport de capacité, fréquence maximale d’utilisation …) ; à travers l’optimisation de solution existante et la conception de nouvelles architectures digitales.Enfin, le dernier chapitre « L’évaluation des performances aux travers des circuits millimétriques référents» exposera quant à lui, la conception, la réalisation et la caractérisation de deux fonctions accordables, un déphaseur et un générateur d’impédance en bande mmW.En conclusion, l’ensemble de ces travaux de thèse fournit de nouvelles solutions pour la conception de circuits RF et mmW. Ils ont permis d’élargir l’offre de capacités variables disponible chez STMicroelectronics en technologies avancées mais aussi d’investiguer et de valider un nouveau concept de caractérisation indispensable à ces développementsMultiplication of standards and communication protocols allows nowadays a wider range of services for each consumer. If this multiplication of standards is more significant for users, it creates an increased complexity of Rx/Tx communication modules both in RF (3G, 4G), or mmW (W-HDMI, imaging, radar, sensors ) range. These systems Rx/Tx must be able nowadays to support multiple frequency bands (tri-band mobilephone as an example), or agile functions generation, it is called reconfigurable systems. In this context, that this thesis work taking place which aims to address the challenge of high performances tunable capacitances development in RF and mmW range. The first chapter entitled "Emergence of the need for high performances non linear capacitances in silicon technology" identifies the limitations of usual tunable capacitances offer at STMicroelectronics. The second chapter " AttoFarad capacitance characterization: The Challenge of high impedance measurement" discuss the problem of characterization of very small capacity, called attoFarad, used mainly in digital controlled oscillator (DCO). Nowadays these aF capacitance are very difficult to modelize regarding problems of standard measurement methods. We will discuss of a new method for high frequency characteriziation with a relative precision of 50aF 1 to 10GHz. The third chapter entitled "From analog to digital, developments of tunable capacitances up to millimeter frequencies in CMOS and BiCMOS technologies," will focus on figures of merit improvements of the capacitance (tuning ration, resonant frequency, linear law...) through optimization of existing solution (MOS varactor) and the design of new digital architectures. The final chapter "Performances evaluation through referent mmW circuits " exhibit, the design, realization and characterization of two agile functions, a phase shifter and a in-situ tuner, both in the mmW range. To conclude, all these thesis work provide new solutions for the design of RF and mmW circuits. They have extended the tunable capacitances offer at STMicroelectronics in advanced technologie nodes but also to investigate and validate a new concept of characterization necessary for all of these developments
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Shehata, Mohamed. "Hybrid Analogue and digital techniques applied to massive MIMO systems for 5G transmission at millimeter waves." Thesis, Rennes, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAR0026.
Abstract:
L’objectif principal de ce travail est d’analyser analytiquement les performances de la formation de faisceaux hybrides (HBF) dans des systèmes MIMO massifs à ondes millimétriques (mmWave), de développer des algorithmes HBF de faible complexité et optimiser les systèmes hybrides comprenant des analogiques et numériques pour s’adapter à ces systèmes et enfin de vérifier la validité pratique de ces algorithmes. Le système MIMO massif fournit un gain de transmission élevé, permettent de compenser les pertes importantes en espace libre inhérentes aux transmissions mmWave. D'autre part, l’utilisation de système HBF dans des canaux clairs offre une performance proche de l'efficacité spectrale (SE) par rapport à la formation de faisceau entièrement numérique, avec un coût matériel et une consommation d'énergie inférieurs. Dans cette thèse, nous commençons par définir les conditions pour lesquelles le HBF et la formation de faisceau entièrement numérique peuvent atteindre des performances SE similaires. Ensuite, nous analysons l’écart de performance SE qui se produit entre eux dans des canaux MIMO mmWave. De plus, nous fournissons des modèles analytique SE pour les techniques de base analogiques et HBF dans des canaux MIMO mmWave typiques. Nous considérons ensuite une structure MIMO HBF massive multi-utilisateurs (MU) qui prend en compte plusieurs techniques de traitement de signaux spatiaux de faible complexité afin de fournir un système HBF de faible complexité de mise en oeuvre pour les futurs réseaux de communication sans filThe main aim of this work is to analytically analyze the performance of Hybrid Beamforming (HBF) in Millimeter Wave (mmWave) massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems, to develop low complexity HBF algorithms to adapt with such systems and finally to verify the practical validity of these algorithms. The massive MIMO antenna array provides high transmit gain overcoming the severe path-loss limitation of the mm Wave systems. On the other had applying HBF in sparse channels achieves close Spectral Efficiency (SE) perfonnance compared to the full digital beamforming, however with lower hardware cost and power consumption. In this thesis we start by defining the conditions for which bath the HBF and full digital beamfonning can achieve exactly similar SE performance. Then, we analyze the SE perfonnance gap that arise between them in sparse mmWave MIMO channels. Moreover, we provide closed form SE models for basic analog and HBF techniques in typical mmWave MIMO channels. Later we consider a Multi User (MU) massive MIMO HBF framework that considers multiple spatial signal processing techniques for the analog domain processing, digital domain processing, power allocation and users scheduling. We develop low complexity algorithms for such framework in order to provide a low complexity practical HBF framework for future wireless communication networks that can cope with the challenges of mm Wave channels
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Altuntas, Philippe. "Fabrication et caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10131/document.
Abstract:
Les transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) à base de nitrure de gallium constituent une filière prometteuse pour l’amplification de puissance hyperfréquence pour les applications en bande millimétrique. Les propriétés remarquables du GaN, tels que le champ de claquage , la vitesse de saturation et la densité des électrons élevés sont à l’origine des performances exceptionnelles obtenues avec les dispositifs à base de GaN. Les travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à l’IEMN. Ce travail relate la fabrication et la caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence. La première partie de ce travail expose les phénomènes physiques mis en jeu dans les hétérostructures à base de GaN. La suite porte sur l’optimisation des procédés technologiques ayant comme point de mire la montée en fréquence ainsi qu’en puissance hyperfréquence. Un travail a été mené en vue de la réduction de la longueur du pied de grille permettant d’atteindre des longueurs minimales de l’ordre de 60nm. De plus, des analyses sont effectuées afin d’étudier les principales limitations inhérentes aux composants HEMTs. Le dernier chapitre présente l’ensemble des caractérisations en régimes statique et hyperfréquence sur des structures HEMTs fabriquées dans le cadre de ce travail. Il en ressort notamment un résultat en terme de densité de puissance à 40GHz, à ce jour à l’état de l’art, relatif à un HEMT de topologie 2x50x0.075µm2. Celui-ci ayant permis d’obtenir une densité de puissance de 2.7W/mm associée à un gain linéaire de 6.5dB et un rendement en puissance ajoutée de 12.5%Gallium Nitride (GaN) based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) have emerged as the best candidate for high temperature, high voltage and high power operation in millimeter-wave range. The unique combination of high breakdown field, high electron velocity, and large sheet electron densities of III-N material permits outstanding performance. The work was performed within IEMN laboratory in Microwave Power Devices group. It relates the fabrication and the characterization of GaN HEMT devices for microwave power applications. The first part exposes the physical and electrical properties of gallium nitride as well as a review concerning the state of the art in terms of output power density related to GaN HEMTs. The second chapter deals with the technological processes with a particular attention on the process optimization regarding the ohmic contact and the T-gate technology. Despite outstanding properties, the HEMT performance remains inherently limited by physical and electrical parasitic phenomena. Thus, the third chapter presents the whole studies performed in other to understand these limitation effects (losses, traps, thermal effect). In the last chapter DC, RF, pulsed and large signal measurements are reported for HEMTs based on different heterostructures. In particular, the capability of AlGaN/GaN transistors on Si(111) substrate grown by MBE is demonstrated for high frequency microwave power applications at 40GHz with a continuous wave output power density of 2.7W/mm associated with a power added efficiency of 12.5% and a linear gain of 6.5dB corresponding to the highest saturated power density ever reported on Si(111) substrate to date
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Agboton, Alain. "Études théorique et expérimentale de dispositifs à hétérojonction AL(Ga, In)N/GaN pour des applications de puissances en bande Q (40.5 - 43.5GHz)." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10047/document.
Abstract:
Ce travail de thèse a consisté à faire une étude théorique et expérimentale des transistors HEMTs Al(In,Ga)N/GaN . Il a été réalisé au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à L’IEMN. Il s’articule autour de quatre chapitres qui permettent d’abord d’évoquer les principales propriétés physiques des matériaux nitrurés, de présenter les principes de fonctionnement des HEMTs Al(In,Ga)N/GaN et d’exposer à travers l’état de l’art, leurs performances en termes de puissances hyperfréquences. Ensuite l’analyse des contacts de type Schottky et ohmique a été réalisée notamment à températures cryogéniques dans le but d’identifier les différents modes de conduction qui s’opèrent en leur sein. Puis les caractéristiques statique et hyperfréquence de transistors HEMTs Al(In, Ga)N/GaN fabriqués pour les besoins de cette thèse ont été étudiées et présentées. Celles-ci ont permis d’étudier les performances fréquentielles de ces transistors au travers d’une étude originale basée sur le temps de transit. Enfin les effets de pièges d’interfaces qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes à ce type de composants ont été caractérisés et quantifiés par différentes méthodes de spectroscopies de défauts (méthode de la pente sous le seuil, de la conductance, haute fréquence - basse fréquence …)This PhD work consisted in a theoretical and experimental study of Al(In, Ga)N/GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistor). It was carried out in Microwave Power Devices group at IEMN (Institut d’électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie). The manuscript is shared in four chapters: The first chapter deals with the main physical properties of nitride materials. It presents the main specificities of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs and exposes through the state of art, their performance in terms of microwave power. The second part describes Schottky and Ohmic contacts analysis based in particular to cryogenic temperatures measurement in order to identify the different conduction modes occurring within. In the third chapters, we studied static and microwave characteristics of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs manufactured for the purposes of this thesis. They are used to examine the frequency performance of these transistors through an original study based on transit time. And finally, the last chapter explains the effects of traps interfaces that constitute one of the fundamental limitations inherent to this type of components. They are characterized and quantified by several defects spectroscopy methods such as subthreshold slope method, conductance method, high frequency - low frequency method
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Maazi, Mostafa. "Conception et réalisation de systèmes en gamme millimétrique pour l'évaluation non destructive : application à la restauration de profils et d'images d'objets enfouis." Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2005/50376-2005-9.pdf.
Abstract:
Les techniques microondes et millimétriques sont bien adaptées pour le Contrôle Non Destructif (CND) de matériaux mais celles-ci ne sont pas encore. Utilisées à grande échelle dans un contexte industriel. L'analyseur de réseaux vectoriel (ARV) jusqu'ici considéré comme un outil de choix dans le domaine de la caractérisation microondes en laboratoire s'avère souvent surdimensionné pour beaucoup d'applications industrielles. Ce travail consiste donc à proposer un dispositif, le "S-Parameters Measurement System" (SPMS), permettant la mesure d'un coefficient de réflexion S11, il est conçu dans une optique de simplicité et de faible coût. Deux démonstrateurs ont été réalisés, les SPMS-35000 et SPMS-60000 fonctionnant respectivement à 35 GHz et 60 GHz. La mesure du S11 en espace libre d'un matériau sous test, a d'abord permis la détection et la localisation de défauts de petite taille (quelques mm) enfouis dans un matériau diélectrique. Puis, l'utilisation d'outils de traitement de signal permettant la résolution du problème inverse, la déconvolution aveugle et les réseaux de neurones artificiels, a rendu possible l'évaluation de la géométrie et de la profondeur du défaut.
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Bicais, Simon. "Design of the Physical Layer for Future Sub-TeraHertz Communication Systems." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03155951.
Abstract:
Les futurs réseaux de communications pour déployer des services sans-fil très haut-débit envisagent l’utilisation de larges bandes de fréquences. Alors que les bandes de fréquences habituelles dans le spectre sub-6 GHz sont extrêmement prisées et limitées, la future génération de réseaux mobile amorce une montée en fréquence en exploitant les bandes millimétriques. Dans cette quête de ressources fréquentielles, le spectre sub-THz, de $90$ à $300$ GHz, offre des bandes disponibles d'une largeur sans précédent. Les communications sans-fil dans les fréquences sub-THz sont donc considérées comme une solution privilégiée pour atteindre des débits de l’ordre du Tbit/s et ainsi répondre aux futurs besoins de la connectivité sans-fil. Néanmoins, bien qu'elles soient matures, les technologies sans-fil existantes ne peuvent être directement transposées aux bandes sub-THz car elles ne tiennent pas compte des caractéristiques spécifiques des communications sub-THz. Il est donc nécessaire de mener des recherches supplémentaires afin de concevoir des systèmes de communication performants et adaptés aux enjeux et contraintes de ce nouveau spectre. Parmi les principaux défis technologiques amenés par la montée en fréquence et l’utilisation de bandes larges se trouvent les limitations de performance dues aux oscillateurs générant un bruit de phase important et une problématique d’échantillonnage à très haute fréquence. Dans cette thèse, les recherches menées portent sur le développement de la couche physique pour les systèmes de communication sub-THz et tentent de lever ces verrous technologiques. Notre objectif est double : augmenter le débit de données de communication et assouplir les contraintes sur les architectures radiofréquences. Pour ce faire, notre approche consiste à concevoir conjointement le traitement du signal pour les domaines analogique et numérique.Les deux principales contributions de ce travail sont les suivantes : l'optimisation d'émetteurs-récepteurs cohérents pour les canaux à fort bruit de phase ; et la proposition de systèmes de communication dédiés avec des architectures non-cohérentes et haut-débits. Tout d'abord, nous avons proposé des schémas de transmission optimisés pour les canaux à fort bruit de phase comprenant : la modulation, la démodulation, et l'adaptation de lien. Les solutions proposées permettent de réaliser des communications à haute-efficacité spectrale avec des contraintes relâchées sur les oscillateurs radiofréquences. Par conséquent, nos travaux décrivent des solutions techniques précieuses au développement de couches physiques à haute efficacité spectrale pour le spectre sub-THz. Dans un second temps, nous avons également ciblé les couches physiques de faible complexité et simple à mettre en œuvre dans les fréquences sub-THz. Nous avons ainsi étudié la conception de systèmes de communication spécifiquement dédiés au bandes sub-THz utilisant des architectures non cohérentes. Pour réaliser des communications haut-débit avec des architectures non-cohérentes, nous avons notamment considéré l’utilisation du multiplexage spatial et de larges bandes de fréquences. Nos travaux sur le multiplexage spatial dans les fréquences sub-THz démontrent que des communications haut-débit peuvent être réalisées sur des architectures de faible complexité et de faible puissance en utilisant des systèmes multi-antennaire et des récepteurs à détection d'énergie. Par ailleurs, utiliser de larges bandes de fréquences implique de fortes contraintes sur la conversion analogique-numérique. Afin de réduire les fréquences d’échantillonnage des convertisseurs et de simplifier la mise en œuvre pratique, nous avons proposé un nouveau récepteur pour les systèmes radio-impulsionnels haut-débit. Nous avons montré qu’une architecture de réception avec des projections parallèles du signal reçu dans le domaine analogique conduit à des performances quasi-optimales avec des fréquences d'échantillonnage considérablement réduitesTo deploy high-rate wireless services, future communication networks envisage the use of wide frequency bands. Still, the usual frequency bands in the sub-$6$ GHz spectrum are extremely limited and expensive. To expand its available spectrum, the forthcoming generation of mobile networks with 5G initiates the use of higher frequencies through the exploitation of millimeter-wave bands. In this search for frequency resources, the sub-THz spectrum from $90$ to $300$ GHz offers unprecedentedly large available bands, several tens of GHz. Wireless communications in sub-THz frequencies are therefore seen as a foremost solution to achieve Tbit/s data rates and meet the requirements of future wireless connectivity. Nevertheless, existing and mature wireless technologies cannot be directly transposed to the sub-THz bands as they do not consider the specific features of sub-THz communications. Additional research is hence required to design efficient communication systems adapted to the constraints of sub-THz frequencies. Some of the major technological challenges brought by using high carrier frequencies and large bandwidths include: the performance limitations caused by the strong phase impairments of high-frequency oscillators; and the problem of high sampling rates required by the analog-to-digital conversion. In this thesis, the conducted research focuses on the development of the physical layer for sub-THz communication systems and attempts to overcome these technological barriers. Our objective is twofold: to increase the communication data rate and to relax the constraints on radio-frequency architectures. To do so, our approach consists in jointly designing signal processing for the analog and digital domains.The two main contributions of this work are: the optimization of coherent transceivers for strong phase noise channels; and the proposal of dedicated communication systems with non-coherent and high-rate architectures. First, we have proposed optimized transmission schemes for strong phase noise channels including: the modulation, the demodulation, and the link adaptation. The proposed solutions achieve high spectral efficiency communications with relaxed constraints on radio-frequency oscillators. Our results show that the use of optimized transmission schemes greatly contributes to mitigate the impact of phase noise on coherent transceivers. Consequently, our work describes valuable technical solutions to the development of physical layers with high spectral efficiency for the sub-THz spectrum. Second, we have also targeted low-complexity physical layers readily implementable in sub-THz frequencies. We have studied the design of communication systems specifically dedicated to the sub-THz bands using non-coherent architectures. In order to implement high-rate communications with non-coherent architectures, we have considered the use of spatial multiplexing and wide frequency bands. Our work on spatial multiplexing in sub-THz frequencies demonstrates that high-rate communications can be implemented with low complexity and low power architectures using multi-antenna systems and energy detection receivers. Besides, the use of wide bands strongly constrains the analog-to-digital conversion. In order to reduce the required sampling frequencies of converters and to simplify practical implementations, we have proposed a new receiver for high-rate impulse radio systems. We have shown that the proposed receiver architecture, using parallel projections of the received signal in the analog domain, leads to near-optimal performance with significantly reduced sampling frequencies
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Sarimin, Nuraishah. "Transmitter design in the 60 GHz frequency band." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066638.
Abstract:
Avec la prolifération des appareils électroniques portables et mobiles communicants, il est recommandé de pouvoir échanger des données rapidement et commodément entre les appareils. Avec la pénurie de bande passante et la congestion dans le spectre des fréquences faibles, la technologie de communication à ondes millimétriques (Mm-wave) est considérée comme l'une des technologies clés du futur pour permettre des applications sans fil à débit élevé grâce à son large spectre abondant. Les nœuds de technologie CMOS avancés sont dotés de ft et fmax plus élevés qui permettent une utilisation peu coûteuse et généralisée de ce spectre. Cependant, de nombreux défis associés à la conception de circuits et de systèmes RF millimétriques en utilisant des technologies CMOS avancées ont été identifiés. L’amplificateur de puissance (PA) a été identifié comme étant le bloc le plus difficile à concevoir dans un émetteur-récepteur intégré RF millimétrique. Le concept au niveau du système de l’architecture basse puissance est d’abord étudié et des blocs clés tels que l’antenne 60 GHz et le modulateur OOK dans la technologie CMOS 130nm ont été présentés. Cette thèse explore également les défis de conception de l’amplificateur de puissance à ondes millimétriques dans la technolgie 28nm UTBB-FDSOI. Trois conceptions différentes d’amplificateur de puissance de 60 GHz ont été démontrées dans 28nm LVT FDSOI : 1) Un PA cascode à deux étages, 2) Un PA différentiel à deux étages à base de transformateur, 3) Un PA différentiel à deux étages à puissance combinée. Les performances simulées, y compris la prise en compte des parasites principaux de disposition ont été présentées. Les travaux futurs incluront l’intégration sur puce avec le PAWith the proliferation of portable and mobile electronic devices, there is a strong need to exchange data quickly and conveniently between devices encouraging to overcome challenges in bandwidth shortages and congestion in the lower frequencies spectrum. Millimeter-wave (Mm-wave) technology is considered as one of the future key technologies to enable high data rates wireless applications due to its large abundant spectrum. Advanced CMOS technology nodes comes with high ft and fmax, enable low cost and widespread use of this spectrum. However, many associated challenges ranging from device, circuit and system perspectives for the implementation of a highly integrated mm-wave transceiver especially the power amplifier (PA) which identified to be the most challenging RF block to be designed. The system level concept of low power architecture is firstly studied and key blocks such as 60 GHz antenna and OOK modulateur in 130nm CMOS technology were presented. This thesis also explores the design challenges of mm-wave power amplifier in 28nm UTBB-FDSOI technology. Three different designs of 60 GHz power amplifier were demonstrated in 28nm LVT FDSOI : 1) A two-stage cascode PA, 2) A two-stage differential PA with low-km TMN, 3) A power combined two-stage differential PA with low-km TMN. The simulated performance including the consideration of key layout parasitics were presented. Future work will include for on-chip integration with the PA
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Devulder, Marie. "Étude et faisabilité d'un système ultra large bande (ULB) en gamme millimétrique en technologie silicium avancée." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10149/document.
Abstract:
Durant ces dernières années, les systèmes de télécommunications sans fil grand public ont intégré des circuits en technologie silicium (BiCMOS, CMOS), grâce à la montée en fréquence des composants actifs de ces technologies (MOSFETS, Bipolaires à Hétérojonctions) qui remplacent peu à peu les circuits des filières III-V. Récemment, les techniques Ultra Large Bande utilisées dans les radars militaires haute puissance ont été étendues à des applications grand public et ont été normalisées aux Etats-Unis pour des bandes de fréquences comprises entre 3 et 10GHz. Dans cette bande de fréquence les architectures d'émetteur et de récepteur sont complexes. La transposition des signaux en gamme millimétrique, plus exactement dans la bande [59-62] GHz, présente de nombreux avantages notamment en terme de simplicité d'architecture système et d'encombrement. Les transistors de la technologie silicium BiCMOS SiGe 0,13 µm atteignent des fréquences de coupure et des fréquences maximales d'oscillation de l'ordre de 160 GHz. Nous avons ainsi conçu puis caractérisé les différents éléments millimétriques de la chaîne d'émission et de réception tels que oscillateur, commutateur, générateur d'impulsions, amplificateur moyenne puissance et faible bruit, détecteur. Les performances obtenues sur ces fonctions étant en accord avec les spécifications système que nous nous étions fixées, un circuit émetteur et un circuit récepteur entièrement intégrés en technologies silicium BiCMOS ont été conçus et réalisés. Ces travaux ont permis de démontrer la possibilité d'utiliser ces technologies silicium pour la réalisation de nouveaux systèmes de communication dans le domaine des fréquences millimétriquesOver the past few years, consumer wireless communication systems have been implemented using silicon technology (BiCMOS, CMOS). Thanks to the higher operating frequency range of its active components (MOSFET, Heterojunction Bipolar Transistors), silicon technologies have replaced Ill-V technology in wireless communication circuits. Ultra Wideband technologies, used for high power military radars, were recently extended to consumer applications and normalized over the frequency range from 3 to 10 GHz in the United States of America. Within this range, receiver and transmitter architectures are complex. Transposition of a baseband UWB signal at 60 GHz, more precisely the 59-62 GHz band, offers many advantages, such as a simpler system architecture and a reduced die area. SiGe BiCMOS 0.13 µm silicon transistors exhibit a cut-off frequency and a maximum oscillation frequency of 160 GHz. We have designed and measured all the different millimeter circuits of the transceiver such as the oscillator, switch, pulse generator, medium power amplifier, low noise amplifier and detector. The results obtained on these blocks are in agreement with the system specifications we had established. A fully integrated transmitter and a fully integrated receiver circuits were designed and realized. The results demonstrate the capability of silicon technologies for the implementation of new communication systems in the millimeter wave range
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Crunelle, Romain. "Etude, conception et réalisation de transitions verticales coaxiales pour une intégration hétérogène 3D de microsystèmes en gamme millimétrique." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10170/document.
Abstract:
L’atteinte prévisible des limites de la loi de Moore dans les dix prochaines années poussent les concepteurs de systèmes de communication à intégrer le maximum de fonctionnalités dans des modules 3D de plus en plus petits, incluant des capteurs, de l’intelligence embarquée, des modules radio avec leurs antennes,(Approche More than Moore). On passe donc du concept de SoC (System-on-Chip) au concept de SiP (System-in-Package) pouvant intégrer des SoC mais offrant d’autres fonctionnalités au niveau de la perception de l’environnement, de la communication, de la reconfigurabilité et de la possibilité d’auto-organisation en réseau ad-hoc, tout en minimisant le volume et la consommation énergétique.C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse, qui présentent cette technologie d’intégration hétérogène (System-In-Package) miniature, faible coût associant des MEMS RF à des circuits MMIC actifs et des antennes intelligentes pour établir des communications robustes en gamme millimétrique. Pour cela, nous proposons, par le projet SIPCOM, la réalisation et le test d’un module radio ultra compact et performant en gamme millimétrique grâce à une l’approche d’« intégration hétérogène ». Ce module intégrera toutes les fonctions nécessaires pour la réalisation d’un émetteur 60 GHz : le réseau d’antennes, les déphaseurs à base de MEMS pour assurer l’agilité du faisceau, le convertisseur DC/DC pour alimenter les MEMS, un FPGA (du commerce) pour commander la reconfigurabilité du module radio et les circuits mise en veille/réveil du module pour une consommation minimale. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer la technologie de mise en boitier et les interconnexions et transitions verticales. Au cours de ce manuscrit, nous proposons une nouvelle approche de transitions verticales, les TSCV (Through Silicon Coaxial Vias). Transition verticale basée sur le modèle coaxial, utilisant du benzocyclobuitène (BCB) en guise de matériau diélectrique, son étude, son développement, et l’évolution de la structure sont présentés. Du fait de sa nature, cette transition coaxiale offre tous les avantages à la mise en boitier à haute densité d’intégration, avec une totale isolation électromagnétique par rapport au substrat, et donc une totale indépendance quant à la nature du substrat, un rayonnement électromagnétique parasites ultra faible et, par les propriétés du BCB, des pertes électromagnétiques ultra faibles en bande millimétrique. Nous détaillons également le procédé e réalisation technologique et son évolution, qui permet la fabrication et le test de ces structuresAchieving predictable limits of Moore's Law over the next ten years, communication systems designers try to integrate a maximum of functionality into smaller and smaller 3D modules, including sensors, embedded intelligence, radio modules with their antenna (Approach More than Moore). So we go from the concept of SoC (System-on-Chip) to the concept of SiP (System-in-Package) that can integrate SoC but offering more features concerning the environmental perception, communication, reconfigurability and the possibility of self-organization in ad-hoc network, while minimizing the volume and energy consumption. This thesis was performed in this context and presents this heterogeneous integration technology (System-in-Package), miniature, low cost RF MEMS, combining MMIC circuits and smart antennas to establish communications in millimeter range. For this, by SIPCOM project, we propose the realization of an ultra compact radio module and efficient testing in millimeter range thank to “heterogeneous integration” approach. This module will integrate all the functions necessary for the implementation of a 60 GHz transmitter: network antennas, phase shifters based on MEMS to ensure the agility of the beam, the DC / DC converter to power the MEMS, an FPGA (trade) to control the reconfigurability of the radio module and circuit standby / alarm module for minimum consumption. In this context, the thesis aims to develop technology in packaging and interconnexions and vertical transitions.In this manuscript, we propose a new approach to vertical transitions, the TSCV (Through Silicon Coaxial Vias).Vertical transition based on the coaxial model, using benzocyclobutène (BCB) as a dielectric material, the study, development, and evolution of the structure are presented. Because of its nature, this coaxial transition offers all the advantages in packaging with high integration density, with a total electromagnetic isolation from the substrate, and thus completely independent of the nature of the substrate, an ultra low parasitic electromagnetic radiation, and by properties of the BCB, ultra low electromagnetic losses in the millimeter band. We also detail the process e technological achievement and its evolution, allowing the manufacture and testing of these structures
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Gorisse, Jean. "Regulation of power amplifiers under VSWR conditions in CMOS 65nm for 60GHz WLAN applications." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00563235.
Abstract:
Avec l'apparition d'applications grand-public, comme le Wireless-HD, les fréquences millimétriques nécessitent l'utilisation de technologies CMOS faible coût. Cependant, avant d'être commercialisés, les transmetteurs mmW doivent être suffisamment résistants notamment à la désadaptation d'impédance entre l'amplificateur de puissance (AP) et l'antenne qui peut résulter d'un obstacle dans le champ proche de l'antenne. Une telle désadaptation d'impédance se traduit par l'apparition d'ondes stationnaires qui peuvent engendrer des dommages irrémédiables sur l'AP. Cette thèse propose une architecture innovante de régulation qui vise à protéger l'AP de telles dégradations tout en optimisant ses performances. La désadaptation d'impédance peut être évaluée en intégrant plusieurs détecteurs de puissance entre l'AP et l'antenne. Une boucle de régulation numérique peut ensuite établir une stratégie d'optimisation des performances de l'AP. Cette thèse s'intéresse particulièrement aux circuits de détection de puissance qui captent la désadaptation d'impédance de l'antenne. Réalisé en technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics, le détecteur de puissance présente 25dB de dynamique à 60GHz et est capable de détecter jusqu'à 3 :1 de TOS. Ces détecteurs de puissance ont ensuite été intégrés dans un second circuit avec un AP et des convertisseurs (CAN & CNA). Une boucle de régulation agissant sur le gain de l'AP permet ainsi de garder une puissance de sortie constante quelle que soit l'impédance d'antenne tandis qu'une seconde boucle protège l'AP de la destruction. Cette thèse couvre également deux projets développés en parallèle de l'architecture de régulation de TOS. D'abord est proposée une nouvelle architecture de convertisseur analogique numérique logarithmique, basée sur l'architecture d'amplificateur logarithmique à compression progressive. Ensuite, une co-simulation sous ADS d'un AP RF/mmW avec sa boucle de régulation numérique permet de simuler l'AP à TOS régulé.
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Tagro, Yoann. "Mise au point d’une méthodologie de caractérisation des 4 paramètres de bruit HF des technologies CMOS et HBT avancées dans la bande 60-110 GHz : développement de système à impédance variable in-situ." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10123/document.
Abstract:
Les avancées technologiques sur la réduction de la longueur de grille en accord avec la loi de Moore permettent aujourd’hui d’avoir des transistors sur silicium assez performants (ft/fMax > 150 GHz). La connaissance des performances dynamiques et en bruit en gamme millimétrique des transistors passe par leur caractérisation qui aujourd’hui est rendue difficile à cause de la limitation en fréquence des appareils de mesure. Il a été question dans cette thèse d’établir dans un premier temps un état de l’art sur les tuners d’impédances. Cette étude a débouché sur la nécessité de concevoir et de caractériser des tuners intégrés pour s’affranchir des pertes d’insertions causées par les dispositifs passifs entre les tuners mécaniques et les transistors sous test. Nous avons décrit les BEOL et les différents composants constituant le tuner intégré, puis définit une architecture commune aux 2 technologies CMOS 65 nm et BiCMOS9MW. La mesure des tuners présente des performances meilleures (TOS de 7 :1 et 150 :1) que les tuners mécaniques standards. Les méthodes de caractérisation en bruit sont présentées avec une attention particulière sur la méthode des impédances multiples que nous avons utilisée en source froide. Nous concluons par l’extraction des 4 paramètres de bruit des transistors MOSFET et HBT, en utilisant les tuners intégrés conçus. Les performances obtenues sont respectivement de l’ordre de 2 dB et 3.5 dB à 80 GHz et sont en accord avec les modèles utilisés. Une ouverture vers des applications encore plus larges des tuners est présentée, permettant d’envisager des applications au-delà de la bande W (75-110 GHz), des systèmes load-pull et des amplificateurs à gain variableThe advanced technologies following the gate length scaling in agreement with Moore’s law allow today to get high performances of silicon transistors (ft/fMax > 150 GHz). The knowledge of the silicon transistors’ dynamic and noise performances in millimeter wave range is mandatory but they characterization is difficult due to the limitation of measurement tools. In this thesis we establish in a first step a state of the art of existing impedance tune. This study is followed by the design and the characterization of integrated impedance tuners in order to avoid the insertion losses induced by the passive devices between mechanical tuner and transistors under test in classical setup. We have described the BEOL, the different integrated tuner’s components, and defined a common tuner’s architecture for both technologies (CMOS 65 nm and BiCMOS9MW). The tuner measures presented performances (TOS of 7:1 and 150:1) better than mechanical ones. The noise characterization methods are presented with particular focus on the multi impedance method that we have used in cold-noise source. We conclude by the extraction of the 4 noise parameters of the MOSFET and HBT transistors, using designed integrated tuners. The obtained noise performances in millimeter wave range are respectively around 2 dB (MOSFET) and 3.5 dB (HBT) and are in agreement with the used models. The possibility to address a broad band of applications with these tuners is also presented, such as load-pull applications, G band integrated tuner, variable gain amplifier
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Stephane, Ginestar. "Realisation et caractérisation d'un laser DFB bi-mode pour application radio sur fibre." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00464156.
Abstract:
La génération de signaux microondes, millimétriques, voire THz par voie optique est actuellement une solution technique privilégiée pour la réalisation de systèmes de (télé)communications mobiles haut débit mais encore, les réseaux de distribution d'oscillateurs locaux et de signaux d'observation ou de radar intra- satellitaires, la distribution de signaux vidéo, la communication automobile, les systèmes de visualisation THz pour la sécurité, etc..... Nous reportons ici la réalisation et la caractérisation d'une source optique ultra-compacte en matériau semiconducteur permettant de générer deux modes optiques séparés de la fréquence que l'on désire créer au niveau de la photodétection. Cette source prend la forme d'un laser DFB bi-longueur d'onde émettant dans la gamme de longueurs d'onde autour de 1,55μm. Le composant a été fabriqué chez Alcatel- Thales III-VLab à partir d'une technologie propriétaire de laser DFB et dans le cade du projet Européen IPHOBAC. Différents objectifs avaient été fixés pour ce composant: accordabilité de l'écartement intermodal jusque 300 GHz, largeur de raie de l'ordre du MHz et divergence dans le plan horizontal et vertical de 10°. Le premier objectif a été atteint par la réalisation de deux lasers DFB dont l'écart de pas de réseau est différent de 0,3nm et par la variation des courants d'injection de chaque section. Le second a été globalement atteint par l'utilisation d'une structure active à puits quantiques, une nouvelle version du composant utilisant des boites quantiques devrait remplir complètement cet objectif. Le dernier objectif a été partiellement atteint par la conception et l'adjonction d'un adaptateur de mode en sortie de composant, la divergence obtenue est de 10°x17° (HxV). Dans le plan vertical, les 10° de divergence n'ont pas pu être obtenus principalement à cause de la structure du composant et des limitations que l'on s'était imposées sur la longueur totale de celui-ci.
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Ginestar, Stéphane. "Réalisation et caractérisation d’un laser DFB bi-mode pour applications radio sur fibre." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10092/document.
Abstract:
La génération de signaux microondes, millimétriques, voire THz par voie optique est actuellement une solution technique privilégiée pour la réalisation de systèmes de (télé)communications mobiles haut débit mais encore, les réseaux de distribution d'oscillateurs locaux et de signaux d'observation ou de radar intrasatellitaires, la distribution de signaux vidéo, la communication automobile, les systèmes de visualisation THz pour la sécurité, etc… Nous reportons ici la réalisation et la caractérisation d'une source optique ultra-compacte en matériau semiconducteur permettant de générer deux modes optiques séparés de la fréquence que l'on désire créer au niveau de la photodétection. Cette source prend la forme d'un laser DFB bi-longueur d'onde émettant dans la gamme de longueurs d'onde autour de 1,55µm. Le composant a été fabriqué chez Alcatel-Thales III-VLab à partir d'une technologie propriétaire de laser DFB et dans le cade du projet Européen IPHOBAC. Différents objectifs avaient été fixés pour ce composant: accordabilité de l'écartement intermodal jusque 300 GHz, largeur de raie de l'ordre du MHz et divergence dans le plan horizontal et vertical de 10°. Le premier objectif a été atteint par la réalisation de deux lasers DFB dont l'écart de pas de réseau est différent de 0,3nm et par la variation des courants d'injection de chaque section. Le second a été globalement atteint par l'utilisation d'une structure active à puits quantiques, une nouvelle version du composant utilisant des boites quantiques devrait remplir complètement cet objectif. Le dernier objectif a été partiellement atteint par la conception et l'adjonction d'un adaptateur de mode en sortie de composant, la divergence obtenue est de 10°x17° (HxV). Dans le plan vertical, les 10° de divergence n'ont pas pu être obtenus principalement à cause de la structure du composant et des limitations que l'on s'était imposées sur la longueur totale de celui-ciGeneration of microwave, millimetre-wave even THz signals by optical means is currently a favoured technique for a lot of system applications such as: high bit-rate wireless telecommunications, local oscillator or radar signal distribution within satellites, video signal distribution, automotive communications, THz security systems, etc… We report here the fabrication and the characterization of an ultra-compact optical source made of semiconductor material. It allows generating two optical modes that are separated by the frequency that is requested at the photodetector level. This source is composed of two DFB lasers constituting a dual-mode laser emitting in the 1.55µm wavelength range. The device has been fabricated at Alcatel-Thales III-VLab using a proprietary DFB technology and the work has been supported under the "IPHOBAC" European project. Several targets were fixed for this device: tunability of intermodal spacing up to 300GHz, optical linewidth close to the MHz as well as horizontal and vertical divergences around 10°. The first goal has been achieved by using two DFB structures with a 0.3nm difference in the grating pitch and tuning the drive current of each section. The second goal has been globally achieved by using a quantum well based active layer. A new version including quantum dot based active layer should answer positively to this target. Last objective was partially obtained by the design and the integration of a spot size converter. The divergence has been measured as 10°x17° (HxV). Concerning the vertical divergence, the target of 10° was not obtained mainly linked to the device structure and the limitations we fixed on the overall length of the device
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Kyllonen, Jaakko. "Design of frequency agile filter and mmWave antenna for 5G mobile devices." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0117.
Abstract:
Depuis une vingtaine d’années les communications mobiles sont en constante évolution pour répondre à la demande et aux besoins des utilisateurs notamment en termes de quantité de données à échanger. Le grand public tout comme les professionnels demandent donc des connexions très haut débit fiables avec des temps de latence réduits. L’introduction de la 5G permettra de dépasser les limites actuelles et offrira de nouveaux services mais implique une rupture technologique importante. Dans ce cadre, l’industrie électronique s’intéresse au développement des composants clés de demain permettant de répondre aux différentes évolutions à venir. L’objectif de ce travail de thèse a donc été de trouver des solutions originales pour améliorer les performances des front-end RF des futurs terminaux mobiles. Ainsi deux dispositifs ont été étudiés. Un filtre reconfigurable pour les fréquences inférieures à 6 GHz en technologie LTCC intégrant un switch SP4T en technologie SOI et un réseau d’antennes à faible coût autour de 28 GHz pour la 5G NR (Nouvelle Radio) ont été conçus, réalisés et testésMobile communications are in constant race to meet the demands of the users, especially in the terms of the amount of data they want to use. The introduction of the 5G NR (New Radio) will exceed the current limits but it needs technological breakthroughs to achieve its goals. To achieve the promises of the new 5G NR communication standard the electronics industry is interested in to develop new key components for tomorrow. The objective of this thesis work has been to design two key components to respond to the different future developments of the mobile devices. Therefore a frequency agile filter for frequencies below 6 GHz and a low cost antenna array around 28 GHz for 5G NR have been designed, manufactured and tested