Study of a microwave planar & ultra-compact multiplexer for new RF architectures of electronic warfare systems
Etude d'un multiplexeur hyperfréquence planaire ultra-compact pour les futures architectures de systèmes RF
Résumé
The context of this project concerns microwave multiplexing for new architectures of RF systems for Electronic Warfare Applications. The main objective of this PhD study is to miniaturize some existing systems and reduce fabrication costs by proposing an alternative with better performances and able to be embedded in future airborne systems. RF/Microwave frequency multiplexing is typically used to split a wideband EM spectrum into different channels which number, width and contiguity obviously depend on the targeted application. The objective of this work is to prove the feasibility of planar contiguous 16-channels multiplexer over the 2-18GHz frequency range. Issues are to define the main architecture and to choose filters topology that fits with the strong electrical specifications. Moreover, the connection and tuning of the different filters need a particular focus in this study. Our proposal is based on an even/odd channels splitting that requires various microwave devices as Wilkinson power divider, diplexers and 4-channels multiplexers. The first device is quite well-known from Thales and has not been studied here. The two diplexers use filters with a new topology which synthesis is presented in this manuscript. These devices have been designed on a multilayered stripline substrate to achieve high couplings. Then, the two 4-channels HF multiplexers are based on the famous DBR topology that offers large design flexibilities and, finally, for LF multiplexers, which use wideband filters, interdigital and stubs topologies have been chosen. In addition, various CAD tools have been developed to facilitate the design of such complex circuits. It allows a high simplification of the design flow and, thus, a reduction of the tuning time. A lot of EM simulations have been performed before the fabrication of different prototypes to prove the concept and to exhibit good performances and a high miniaturization.
Ces travaux de thèse se situent dans le domaine du multiplexage hyperfréquence pour les systèmes de télécommunication de Guerre Électronique. Ils s'inscrivent dans le cadre d'une étude portant sur la miniaturisation des solutions actuelles de multiplexage visant à réduire l'encombrement et donc le coût de fabrication de ce type de dispositifs Radar. L'objectif est donc de proposer une alternative aux technologies et architectures classiques de multiplexeurs qui, bien que performantes, pâtissent d'un encombrement et d'un poids prohibitifs pour les systèmes aéroportés du futur. Le multiplexage en fréquence permet un découpage d'un spectre électromagnétique en un certain nombre de bandes de fréquence (canaux) dont le nombre, la largeur et l'espacement dépendent de l'application visée. L'objectif de ces travaux est donc d'étudier la faisabilité d'un multiplexeur en technologie planaire, découpant la bande 2-18GHz en 16 canaux contigus. L'enjeu de cette étude concerne autant l'architecture globale du composant que le choix de la topologie des différents filtres qui le composent, afin de respecter un cahier des charges très contraignant en termes de performances électriques ou d'encombrement. La connexion et la cohabitation des différents filtres au sein du multiplexeur est également un paramètre critique de l'étude, et nécessite une attention particulière. Nous proposons ici un découpage en fréquence singulier impliquant l'utilisation d'une architecture originale de multiplexeur utilisant divers composants passifs tels qu'un diviseur de puissance de type Wilkinson, des duplexeurs ou encore plusieurs quadriplexeurs (banques de quatre filtres). Ces travaux ont donc été divisés en sous-blocs dont nous prouvons, pour chacun d'eux, la faisabilité en technologie planaire. Les duplexeurs utilisent une topologie originale dite " flèche " dont nous développons la synthèse et les quadriplexeurs HF sont basés sur la topologie DBR développée au laboratoire. Les quadripexeurs BF sont, quant à eux, basés sur différentes topologies large bande (interdigitée, à stubs CO ou CC). La validité de l'architecture globale proposée est également avérée. Au cours de cette thèse, divers outils d'aide à la conception des circuits hyperfréquences complexes ont été développés afin de simplifier au maximum le flot de conception classique et donc de diminuer les temps de réglage. Plusieurs réalisations et de nombreuses simulations électromagnétiques viennent étayer les résultats et confirmer l'acuité des outils utilisés.
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