Conception de circuits micro-ondes multi-bandes et à fréquences agiles pour la réalisation de systèmes sans fil reconfigurables

The research work in this thesis concerned with the design and realization of radio frequency (RF) and microwave components, and a complete receiver system, with multiple functionality such as multi-bands and reconfigurable operation frequencies bands based on standard silicon or ferroelectric (BST – barium strontium-titanate) varactors. In the first part of this thesis, a simple and fast measurement technique is developed to extract BST loss tangent and dielectric constant through an interdigital BST capacitor. Also, the electrical model obtained for the BST capacitor presents features of resistive loss variation and capacitance tunability. Thin-film BST-based and conventional silicon varactor-based tunable dual-band quadrature hybrid couplers are characterized and compared in this thesis. Both structures are composed of four quarter-wavelength sections at a frequency located between the two operating frequencies and with two pairs of open-ended stubs. Frequency tuning makes use of both BST interdigital and silicon varactor diode capacitors connected at the open-ended stubs. The characterized BST interdigital capacitor (IDC) presents a capacitive-tunability of 52% through an applied voltage of 0 to 25 volt, while 82.5% is achieved for the selected commercial silicon varactor diode. The silicon varactor-tuned dual-band coupler exhibits 45.9 % and 5.2 % tuning range of center frequency for the first and the second band, respectively, while 29.2 % and 4.3 % are achieved for the BST tunable coupler. With two-tone non-linear characterization test, the BST tunable coupler biased at 0 and 25 volt presents an IIP3 of +25.45 and +35 dBm, respectively, while +11.5 and +34 dBm are obtained for the silicon varactor tunable coupler.

Résumé

Les travaux effectués dans cette thèse sont centrés sur la conception et la réalisation de composantes et d'un système récepteur complet Radio Fréquence (RF) et Micro-onde qui possèdent des caractéristiques multifonctionnelles telles que des bandes de fréquences d'opération multiples et reconfigurables par l'utilisation des diodes varactors semi-conducteurs ou des matériaux ferroélectrique (BST) contrôlés par des tensions électriques. Dans la première partie de cette thèse, une méthode de mesure simple et rapide est développée et utilisée pour extraire la perte tangentielle et la constante diélectrique du matériel ferroélectrique (BST) à partir de mesures de capacités interdigitales BST. Un modèle électrique de la capacité BST est aussi obtenu à différentes tensions de polarisation du BST, afin de représenter ainsi la variation des pertes résistives et le pourcentage d'accordabilité de la capacitance par rapport à la tension de polarisation. De façon globale, les capacités interdigitales BST caractérisées présentent une accordabilité capacitive de 52% pour une tension appliquée variant de 0 à 25 volts. Dans le but de concevoir un démodulateur frontal six-port reconfigurable, deux coupleurs hybrides quadrature multi bande accordables contrôlés par une tenson à l'aide de diode varactor et par des capacités ferroélectriques (BST) sont caractérisés et comparés dans la seconde partie de cette thèse. Les deux structures sont composées de quatre sections de ligne de transmission microruban d'un quart de longueur d'onde à une fréquence centrale entre les deux fréquences d'opérations, et de deux paires de lignes de transmission ouvertes connectées en parallèle.