Innovative Millimeter-Wave Components Based on Mixed Substrate Integrated Dielectric-Metallic Waveguides

En recherche, un défi majeur pour l'onde millimétrique et les bandes Terahertz (THz) sont l'intégration des différents composants d'une manière compacte, efficace et à faible coût. La notion de circuits intégrés aux substrats (CIS) muni d'une variante de tradition pour une essentiel conception en simplifiant l'intégration du guide d'ondes rectangulaire (donc le GIS) avec d'autres lignes de transmission planaires telles que les lignes microbande et CPW. Bien que cette amélioré considérable conçue aux bandes de fréquences K et X, des limitations persistent dans des bandes plus élevées, en particulier la bande W. Nouvelles implémentations du concept de CIS en utilisant des guides d'ondes diélectriques, tels que le guide d'onde diélectrique non rayonnant (guide NRD), ont ainsi été proposées et avec un certain nombre de circuits à base de guide d'onde diélectrique non rayonnant intégrés aux substrats (SINRD) ont été conçus à des fréquences W-bande. Néanmoins, les critères de conception des guides rigides SINRD sont limités par leurs utilisations pratiques. Dans cette thèse, une version modifiée du guide SINRD, basée sur le guide image NRD (iNRD), est proposé. Ce travail sera le premier à étudier la faisabilité de la conception du guide iNRD avec le concept du CIS. La polyvalence du guide image SINRD résultant (iSINRD) sera démontrée par la conception d'un certain nombre de composants passifs qui fonctionnent à la fréquence centrale 94 GHz à la bande W. Plus précisément, les contributions suivantes ont été étudiées aux deux fréquences 88 GHz et 94 GHz:1.Une méthodologie de conception pour l'optimisation des circuits du classe NRD. À date, Cette méthode est l'alternative le plus simple et la méthode la plus informative.2.Un certain nombre de lignes de transmission pour guidage iSINRD qui sont conçus avec des différents profils de perforation et avec un nombre différent de lacunes sur la paroi métallique de l'image vertical.3.Des Guides iSINRD à angles aigus à large bande et à bande étroite.

Abstract

A major challenge facing the millimetre-wave and terahertz (THz) research fields, is the integration of different components in a compact, efficient and low-cost fashion. The concept of substrate integrated circuits (SICs) provides a vital alternative to traditional design by simplifying the integration of the rectangular waveguide (thus the SIW) with other planar transmission lines such as microstrip and CPW lines. While this has substantially enhanced the design techniques at the X- and K-band frequencies, limitations still persist at higher bands, especially the W-band and beyond. New implementations of the SICs concept using dielectric waveguides such as the substrate integrated non-radiative dielectric (SINRD) guide, were thus proposed and a number of SINRD-based circuits were designed at the W-band frequencies. Nonetheless, the SINRD guide has rigid design criteria that limit its practical use. In this thesis, a modified version of the SINRD guide, based on the image NRD (iNRD) guide, is investigated. This work will be the first to investigate the feasibility of designing the iNRD guide with the SICs concept. The versatility of the resulting image SINRD (iSINRD) guide will be demonstrated by designing a number of passive components that operate at the W-band centre frequency of 94 GHz.Specifically, the following contributions have been made at the W band frequencies of 88 GHz and 94 GHz: 1.An optimised design methodology of the NRD-class circuits. This method is a simpler alternative to earlier methods and is more informative.2.A number of iSINRD guide transmission lines that are designed with different perforation profiles and with a different number of gaps in the metal wall.3.Broadband and narrowband iSINRD guide sharp corners4. Two different configurations of iSINRD guide directional couplers that support dual mode (LSM10 and TE20 modes) and dual band operation (one band for 0-dB coupling while the other for 3-dB coupling). The band pertinent to the 0-dB coupling is exclusive for one of the configurations. Thus, a total of six directional couplers are presented.