Mode Composite Waveguide for 5G and Future Wireless Communication Systems

Dans les systèmes de communication sans fil modernes, les fonctionnalités haut-débit et multi-bande des circuits RF et micro-ondes sont de plus en plus requises dans des systèmes intégrés et compacts. La bande de fréquence actuellement utilisée pour les communications sans fil commerciales comprend les bandes aux alentours de 900 MHz, 1,9 GHz, 2,45 GHz, 3,5 GHz et 5,8 GHz pour la téléphonie mobile, l'Internet sans fil et la connectivité des capteurs. Les nouvelles bandes millimétriques comme la bande de fréquence V (57-66 GHz) et la bande E (71-76 GHz et 81-86 GHz) sont utilisées pour la connectivité des microcellules et du coeur du réseau. Le nouveau standard des communications sans fils 5G nécessite l'exploitation parallèle de bandes de fréquences, à savoir les basses et les hautes fréquences, permettant ainsi d'aller au-delà de la capacité des systèmes de communications actuels. D'une part, la demande croissante pour un meilleur débit de données nécessite une bande de fréquence beaucoup plus large, ce qui justifie le recours vers la bande de fréquences millimétriques. D'autre part, le standard LTE ainsi que les autres systèmes de communication à grande couverture doivent être développés de manière compatible avec les bandes de fréquences en bas de 6 GHz et celles qui sont au-delà de 6 GHz. Par conséquent, la mise au point de nouveaux systèmes intégrés et à bas coût capables d'opérer sur fréquences UHF et millimétriques s'avère essentielle pour le standard sans fil émergent (5G). Dans cette thèse, une nouvelle méthode de conception de circuits intégrés RF large bande et multi-bande, appelée guide d'ondes à modes composites (MCW), est proposée et étudiée. Le MCW est constitué d'une structure à double guide d'ondes interne et externe, où la structure externe agit comme une ligne coaxiale rectangulaire adaptée pour les basses fréquences, tandis que la structure interne fonctionne comme un guide d'onde rectangulaire pour les hautes fréquences, ce qui rend la structure plus simple, plus compacte et à faibles pertes d'insertion. Le MCW est susceptible de propager des signaux au sein du guide d'ondes interne suivant le mode TE10 et/ou au sein du guide d'onde externe avec le mode TEM en fonction de la fréquence, permettant ainsi d'aboutir à des performances optimales pour les deux bandes de fréquences (basse et haute). Pour ce faire, les paramètres fondamentaux du guide d'ondes et les modes d'ordre supérieur du MCW sont théoriquement étudiés.