Exploring Ferrite-Loaded SIW Topology and Demonstrating Full-Duplex Transceiver Architecture for 5G Wireless Systems and Beyond

Le transpondeur duplexe intégral (ou FD, pour « full-duplex transceiver ») est un candidat prometteur pour la 5G et les systèmes sans-fil futurs, car les avantages inhérents aux systèmes FD seraient en mesure d'adresser les demandes complexes des systèmes 5G. Il est connu que les systèmes FD peuvent doubler la largeur de bande, diminuer les latences du système et diminuer les congestions du réseau, ce qui contribue à améliorer la fiabilité et les performances. Le principe d'une communication FD dépend de la transmission et réception simultanée d'un signal, contrairement à une transmission semi-duplexe, basée sur un duplexeur dans le domaine fréquentiel (FDD pour « frequency division duplexing ») ou dans le domaine temporel (TDD pour « time domain division duplexing »). Cependant, le développement d'un transpondeur FD pose un problème fondamental, c'est-à-dire une interférence du transmetteur avec lui-même (SI pour « self-interference »), ce qui peut dégrader ou saturer l'opération du receveur. En conséquence, nous devons annuler le signal SI du receveur pour obtenir un design FD efficace. Dans cette thèse, nous développons et démontrons un component passif en technologie guide d'onde intégré (SIW pour « substrate integrated waveguide ») capable de fournir une isolation de plus de 70 dB entre les canaux du transmetteur et du receveur (T/R pour « transmitter and receiver channels »), sur une plage de 80 MHz, dans une bande de fréquence sous les 6 GHz, en utilisant une antenne à double polarisation. À notre connaissance, l'isolation obtenue ici est la meilleure rapportée en configuration passive dans le domaine analogue. Le composant proposé utilise deux modes orthogonaux et deux polarisations pour obtenir une isolation importante. La solution développée ici excède les performances des méthodologies proposées dans la littérature, et ce de plusieurs façons. Premièrement, le composant proposé, un circulateur à modes duals (DM pour « dual mode ») et une antenne à polarisation duale (DP, pour « dual polarized ») est passif, linéaire et faible bruit. Ceci est en contraste avec les solutions FD existantes, qui nécessitent des circuits actifs. De plus, la technologie utilisée est SIW, qui peut soutenir de plus grandes puissances en comparaison avec les circuits actifs ou les circuits RF intégrés. Deuxièmement, les solutions actuelles de FD impliquent le design additionnel de components RF, RF intégrés, circuits ou chaines de transmission, ce qui résulte en une plus grande complexité et une consommation plus importante de puissance. Cependant, la solution proposée ici possède la même complexité que les transpondeurs typiques, à ceci près que le circulateur monomode et l'antenne monomode sont remplacés par un circulateur à mode dual et une antenne à polarisation duale. La solution proposée ici est simple, faible coût et efficace en comparaison avec les autres solutions. Troisièmement, le composant proposé possède un mécanisme d'auto-ajustement qui peut être utilisé pour ajuster la fréquence d'opération du dispositif et la bande de fréquence, ce qui résulte en une isolation importante. Finalement, notre méthodologie permet une opération FD sans sacrifier la figure de mérite du transpondeur, au contraire des autres architectures FD. En d'autres termes, le transpondeur FD réalisé ici surclasse les autres transpondeurs rapportés dans la littérature.