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Theses Year : 2021

Surface mounted microwave filter at a high-quality factor and with temperature compensation

Filtres hyperfréquences reportés en surface, à fort facteur de qualité et compensés en température

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Thibault Charlet
  • Function : Author

Abstract

In this work, we study microwave filters for space telecommunication with two main application fields. The devices should be surface mounted, on printed circuit board to remain low-cost with a minimal bulkiness and high performances. We also want the frequency functions to be kept efficient despite the temperature shift in space. The first chapter deals with the state of the art of the field by presenting the needs: the multiphysics simulations and the filter design, the surface mounted process, and their temperature compensation. In the second chapters, we focused on the multiphysics modeling and how we have applied it in our study. We have also characterized the materials and the microwave system thanks to a dedicated measurement bench: the permittivity, the dielectric losses, the conductivity, and the frequency shift are collected to supply the databases. In the last two chapters, we designed resonators and filters. The mounted surface technologies need to be well controlled to provide sufficient efficiency for the devices. We achieve thermal frequency stability by using specific materials, non-affected by thermal effects, or through a combination of materials with specific properties to create an offset. At last, we applied these techniques to show different types of filter that can be an answer to our needs.
Ces travaux présentent une étude des filtres microondes hyperfréquences pour des applications de télécommunications par satellite, au travers l’analyse de deux thématiques : le report sur carte électronique, pour répondre aux besoins de performances, de compacité et de coûts maîtrisés, et la compensation en température, pour conserver la fonctionnalité malgré un environnement de travail extrême. La première partie décrit l’état de l’art : la simulation et la conception de dispositifs qui sont compensés en température ou reportés en surface. La deuxième partie expose le principe des simulations multiphysiques et la modélisation des phénomènes électro-thermomécanique. Nous avons caractérisé les matériaux et les composants, afin de valider les simulations et d’obtenir une base de données. Grâce à un banc de mesure spécifique, nous avons mesuré les évolutions en fonction de la température, de la permittivité, de la conductivité, des pertes diélectriques, et de la dérive fréquentielle de résonateurs microondes. Les deux dernières parties décrivent la conception des résonateurs et des filtres. Le report de ces composants volumineux, avec des propriétés physiques différentes du substrat d’accueil, demande une maîtrise experte des outils technologiques à disposition pour l’obtention de résultats satisfaisants. La stabilité fréquentielle des résonateurs nécessite des matériaux peu sensibles aux effets thermiques, ou une combinaison de matériaux aux propriétés connues pour que les différents phénomènes se compensent. Enfin, nous avons appliqué ces technologies à la synthèse et la réalisation de filtres à fort facteur de qualité.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03171738 , version 1 (17-03-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03171738 , version 1

Cite

Thibault Charlet. Filtres hyperfréquences reportés en surface, à fort facteur de qualité et compensés en température. Electronique. Université de Limoges, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LIMO0010⟩. ⟨tel-03171738⟩
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