Étude de filtres hyperfréquences « Pedestal SIW »

Advances in pedestal substrate integrated waveguide filters

• Auteur / Autrice : Leanne Johnson
• Direction : Benjamin Potelon, Petrie Meyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 25/01/2022
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Universiteit Stellenbosch (Afrique du Sud)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Universiteit Stellenbosch (Afrique du Sud)
• Jury : Président / Présidente : Dirk De Villiers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Potelon, Petrie Meyer, Dirk De Villiers, Riana Helena Geschke, Maurizio Bozzi, Cédric Quendo, Elmine Meyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Riana Helena Geschke, Maurizio Bozzi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavités résonnantes (microondes)

Micro-ondes

Mots clés libres

Dispositifs passifs hyperfréquences

Filtres hyperfréquences

Résonateurs hyperfréquences

Micro-ondes

Microwave filters

Substrate Integrated Waveguide (SIW)

Partially Air-Filled SIW

Résumé

Cette thèse concerne l’étude de Pedestal Substrate Integrated Waveguide. Ce type de structures, apparait comme l’une des solutions pertinentes aux problèmes rencontrés dans le domaine de la conception et l’intégration de filtres micro-ondes. Cette topologie est présentée et son fonctionnement est détaillé, puis elle est comparée à d'autres résonateurs micro-ondes classiquement utilisés. Trois axes de travail autour de cette structure sont ensuite présentés. Le premier concerne la conception de filtres s’appuyant sur ce type de résonateur et présentant des couplages croisés électriques et magnétiques. Ces deux types de couplages offrent de larges plages de valeurs de couplage et la configuration proposée peut également produire un couplage mixte. Le deuxième axe investigué concerne l’utilisation de résonateurs de type Pedestal SIW au sein de structures accordables. Il est démontré que le résonateur est facilement rendu accordable par l'ajout de diodes PIN connectées sur la face supérieure du résonateur sur laquelle est gravée une bague annulaire Finalement, le troisième axe porte sur le développement de résonateurs Pedestal SIW partiellement vides. L’objectif de l’utilisation d’une telle configuration technologique est de réduire les pertes et d'augmenter les facteurs Q tout en conservant une bonne compacité. Les résultats démontrent une augmentation du facteur de de qualité de l’ordre de 35% par rapport à une structure entièrement emplie de diélectrique, permettant d’atteindre un facteur de qualité de 285.

This dissertation presents a set of advances to the recently proposed Pedestal Substrate Integrated Waveguide (SIW) structure as a solution to various problem areas in the field of microwave filters. The structure consists of an evanescent-mode SIW cavity thatis loaded with a square pedestal connected to the ground with a metal post. This structure is firstly investigated and compared to other common microwave resonators. It is then utilized in 3 different ways.The work includes the design of a coupled resonator filter with both positive and negative cross-coupling.Secondly, the dissertation presents a novel partially air filled pedestal resonator. The pedestal SIW topology is adapted to create partially air filled pedestal SIW resonators to reduce losses and increase Q factors while maintaining small sizes. A comparison of three different types of pedestal resonators is done between a totally filled pedestal SIW resonator, a partially air-filled pedestal resonator and an empty pedestal resonator, showing the increase in Q factor for the same size. Then the use of micro-machining to create these novel resonators is illustrated and explained.The last application of the pedestal resonator is in the use of tunable structures. The pedestal resonator is shown to be made easily tunable by the addition of PIN diodes to the pedestal post, seperated with an annular ring. Four separate stages of frequency are obtained in this manner.