Méthodologies et outils de synthèse pour des fonctions de filtrage chargées par des impédances complexes

Methodologies and synthesis tools for functions filters loaded by complex impedances

• Auteur / Autrice : David Martinez Martinez
• Direction : Stéphane Bila, Laurent Baratchart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 20/06/2019
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM - Analyse fonctionnelle pour la conception et l'analyse de systèmes
• Jury : Président / Présidente : Paul Armand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bila, Laurent Baratchart, Fabien Seyfert, Martine Olivi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alejandro Alvarez-Melcón, Stanislas Kupin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de télécommunications à large bande

Impédance électrique

Filtres adaptatifs

Mots clés libres

Synthèse de filtres

Adaptation large bande

Limites

Nevanlinna-Pick

Interpolation Schur

Optimisation convexe

Antennes

Multiplexeurs

Filter sintesis

Broadband matching

Bounds

Nevanlinna-Pick

Schur interpolation

Convex optimization

Antennas

Manifold multiplexers

Résumé

Le problème de l'adaptation d'impédance en ingénierie des hyper fréquences et en électronique en général consiste à minimiser la réflexion de la puissance qui doit être transmise, par un générateur, à une charge donnée dans une bande de fréquence. Les exigences d'adaptation et de filtrage dans les systèmes de communication classiques sont généralement satisfaites en utilisant un circuit d'adaptation suivi d'un filtre. Nous proposons ici de concevoir des filtres d'adaptation qui intègrent à la fois les exigences d'adaptation et de filtrage dans un seul appareil et augmentent ainsi l'efficacité globale et la compacité du système. Dans ce travail, le problème d'adaptation est formulé en introduisant un problème d'optimisation convexe dans le cadre établi par la théorie de d'adaptation de Fano et Youla. De ce contexte, au moyen de techniques modernes de programmation semi-définies non linéaires, un problème convexe, et donc avec une optimalité garantie, est obtenu. Enfin, pour démontrer les avantages fournis par la théorie développée au-delà de la synthèse de filtres avec des charges complexes variables en fréquence, nous examinons deux applications pratiques récurrentes dans la conception de ce type de dispositifs. Ces applications correspondent, d'une part, à l'adaptation d'un réseau d'antennes dans le but de maximiser l'efficacité du rayonnement, et, d'autre part, à la synthèse de multiplexeurs où chacun des filtres de canal est adapté au reste du dispositif, notamment les filtres correspondant aux autres canaux.

The problem of impedance matching in electronics and particularly in RF engineering consists on minimising the reflection of the power that is to be transmitted, by a generator, to a given load within a frequency band. The matching and filtering requirements in classical communication systems are usually satisfied by using a matching circuit followed by a filter. We propose here to design matching filters that integrate both, matching and filtering requirements, in a single device and thereby increase the overall efficiency and compactness of the system. In this work, the matching problem is formulated by introducing convex optimisation on the framework established by the matching theory of Fano and Youla. As a result, by means of modern non-linear semi-definite programming techniques, a convex problem, and therefore with guaranteed optimality, is achieved. Finally, to demonstrate the advantages provided by the developed theory beyond the synthesis of filters with frequency varying loads, we consider two practical applications which are recurrent in the design of communication devices. These applications are, on the one hand, the matching of an array of antennas with the objective of maximizing the radiation efficiency, and on the other hand the synthesis of multiplexers where each of the channel filters is matched to the rest of the device, including the filters corresponding to the other channels.