Guides d’onde Intégrés au Substrat (SIW) multicouches à haute performance pour des circuits millimétriques à faible coût

High performance multilayer Substrate Integrated Waveguide (SIW) technics for low-cost millimeter-wave circuits

• Auteur / Autrice : Frédéric Parment
• Direction : Tân-Phu Vuong, Anthony Ghiotto, Jean-Marc Duchamp, Ke Wu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance le 04/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Éric Rius
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ke Wu, Maurizio Bozzi, Ludovic Carpentier, Pierre Monteil, Laurent Petit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Aubert, Jean-Louis Cazaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs à ondes millimétriques

Lignes de transmission pour microondes

Circuits intégrés pour microondes

Mots clés libres

GIS multicouche

Millimétrique

Circuits passifs

Antennes

Multi-Layer SIW

Millimeter-Waves

Passive circuits

Antennas

Résumé

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 proposée.

The 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.