Étude d'un déphaseur large bande en technologie de guide d'ondes intégré au substrat

L'électronique est un domaine en émergence depuis plus de 60 ans. En effet, depuis que le premier transistor a vu le jour un peu avant les années 50, la complexité des circuits n'a cessé d'augmenter. Cependant, il n'y a pas que les circuits intégrés qui se complexifient et évoluent dans ce domaine. Les supports des circuits intégrés, soit les « PCBs » ce qui signifie « Printed Circuits Boards » ou en français « circuits imprimés » sont tout aussi importants lors de la conception d'un système électronique. Ils font bien sûr l'interconnexion entre les circuits intégrés, mais aussi souvent une bonne partie du traitement hyperfréquence (filtres, déphaseurs, antennes). Lorsqu'un grand facteur de qualité est requis, il n'est plus possible d'utiliser des lignes de transmission. Il faut alors utiliser des guides d'ondes. Ces guides sont généralement très performants, mais sont aussi coûteux et difficiles à intégrer. Une nouvelle classe de ces guides, les guides d'ondes intégrés au substrat (ou en anglais « Substrate Integrated Waveguide »), a vu le jour il y a un peu plus de dix ans. Ces derniers ont l'avantage, comme leur nom l'indique, d'être intégrés directement dans le substrat, ou le circuit imprimé. L'utilisation de ceux-ci permet de diminuer les coûts de production et le poids. Du même coup, nous augmentons la densité de composants tout en obtenant un excellent facteur de qualité. Il est alors très intéressant de concevoir le plus de circuits possible en utilisant ce guide d'ondes. Le présent document détaille l'analyse complète d'un nouveau type de déphaseur large bande utilisant la technologie de guides d'ondes intégrés au substrat. La méthode de déphasage proposée consiste à placer une tranche d'un diélectrique au centre de la structure. Ainsi, en comparant avec un guide de même dimension, mais sans cette perturbation, il est possible de mesurer une différence de phase. L'objectif de ce mémoire est de développer les outils nécessaires à l'étude de différentes configurations de déphaseurs. L'objectif final est d'étudier plusieurs formes de tranche afin de trouver celle qui donne les meilleurs résultats en termes de pertes d'insertion et de déphasage.

Abstract

Electronic is an emerging field since the 60's. Indeed, from the day that the first transistor has been manufactured, a little bit before the 50's, the complexity of electronic circuits didn't stop increasing. Nevertheless, there are others fields than integrated circuits that become more complex in this area. The «PCB» or «Printed Circuit Board», the component that supports the ICs, is as important as the integrated circuits during the fabrication process of an electronic system. It interconnects the integrated circuits together but also has to process a great part of the microwave signals (filters, phase shifters, antennas).When a large quality factor is required, it is not possible to use transmission lines. Waveguides have to be used. These guides are usually very efficient but are very expensive and difficult to integrate. A new class of waveguides, the Substrate Integrated Waveguides (SIW), was proposed more than ten years ago. As seen in their name, these guides have the advantage to be integrated directly into the substrate, or into the PCBs. This technology reduces the production costs and the weight. At the same time, it increases the components density while providing an excellent quality factor. It is then interesting to use a lot of SIW in the integration of microwave systems. This document presents the complete analysis of a new kind of broadband phase shifters designed with the SIW. The proposed method to realize the phase shift consists of a dielectric slab placed in the middle of the structure. Thus, by comparing the phase shift of this waveguide with another having the same dimensions but without this perturbation, a phase difference can be observed. The objective of this project is to develop the required tools to study different phase shifter configurations. The final goal is to study some forms of slot to find the optimal which gives the best results in term of insertion loss and phase shift.To simplify the theoretical analysis, a SIW can be replaced by an equivalent rectangular waveguide.