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HAL Id: tel-00468594 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00468594 Submitted on 31 Mar 2010 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Analyse et optimisation de lignes de transmission à variation continue d’impédance : application au filtrage Marc Le Roy To cite this version: Marc Le Roy. Analyse et optimisation de lignes de transmission à variation continue d’impédance : application au filtrage. Sciences de l’ingénieur [physics]. Université de Bretagne occidentale - Brest, 1999. Français. tel-00468594 THESE présentée à l’Université de Bretagne Occidentale pour l’obtention du DOCTORAT EN ELECTRONIQUE par Marc LE ROY Analyse et optimisation de lignes de transmission à variation continue d’impédance : application au filtrage Analyse et optimisation de lignes de transmission à variation continue d’impédance : application au filtrage Président V. FOUAD HANNA Professeur L.I.S., Université P. et M. Curie, Paris Rapporteurs A. PAPIERNIK Professeur L.E.A.T., Université de Nice-Sophia Antipolis B. JARRY Maître de Conférences I.R.C.O.M., Université de Limoges Examinateurs S. TOUTAIN Professeur S.E.I., IRESTE, Université de Nantes A. PERENNEC Maître de Conférences L.E.S.T., Université de Bretagne Occidentale Directeur de thèse L.C. CALVEZ Professeur L.E.S.T., Université de Bretagne Occidentale LEST UMR CNRS 6616 Numéro d’ordre : 633 Année 1999 Soutenue le 19 Janvier 1999 devant la Commission d’Examen composée de : Recherches effectuées au Laboratoire d’Électronique et des Systèmes de Télécommunications (L.E.S.T.) UMR CNRS 6616 - UBO - ENSTBr U.B.O. : 6, avenue Le Gorgeu - BP 809 - 29285 BREST Cedex ENSTBr : Z.I. de Kernevent - Plouzané - BP 832 -29285 BREST Cedex Remerciements REMERCIEMENTS Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au sein du Laboratoire d’Electronique et Systèmes de Télécommunications (L.E.S.T., UMR CNRS 6616) commun à l’Université de Bretagne Occidentale (UBO) et à Télécom Bretagne (E.N.S.T. Br.). Je remercie vivement Monsieur V. FOUAD HANNA, Professeur à l’Université de Pierre et Marie Curie (Paris), qui m’a fait l’honneur d’accepter la présidence de ce jury. J’adresse mes plus sincères remerciements à Monsieur A. PAPIERNIK, Professeur de l’Université de Nice-Sophia-Antipolis, et Monsieur B. JARRY, Maître de Conférences de l’Université de Limoges, pour l’honneur qu’ils me font en acceptant de juger ce travail. Je suis très reconnaissant envers Monsieur L.C. CALVEZ, Professeur à l’UBO et Responsable de la Formation Doctorale en Electronique, d’avoir accepter d’être mon directeur de thèse et je le remercie pour ses conseils avisés et sa disponibilité. J’exprime également ma profonde gratitude à Monsieur S. TOUTAIN, Directeur du LEST pendant cette thèse et maintenant Professeur au S.E.I. à l’IRESTE, pour m’avoir accueilli dans son laboratoire et surtout de s’être investi sans compter et efficacement pour mener à bien cette étude. Sans son enthousiasme communicatif, sa bonne humeur, et sa volonté constante “ de faire mieux ”, cette thèse ne présenterait pas l’aspect qu’elle a aujourd’hui. Je ne saurais oublier de remercier André PERENNEC pour m’avoir aiguillé, soutenu et motivé tout au long de ces trois années. Par son abnégation, sa patience et son esprit objectif ainsi que pour l’approche physique des problèmes, il est à l’origine de bien des idées et des résultats présentés dans cet ouvrage. Le travail présenté est également un travail d’équipe. De tels résultats n’auraient pu être obtenus sans plusieurs membres du laboratoire qui m’ont aidé à leur manière, soit directement, soit simplement en me manifestant de la sympathie, tels, Denis Le Berre, Régis Néa, Eric Rius, Françoise Mahé, Gérard Tanné, Thierry Le Gouguec, Pierre-Marie Martin et bien d’autres encore : doctorants et maîtres de conférences (à l’UBO et à Télécom), sans oublier les secrétaires du LEST. Ils ont contribué à ce que ces années de thèse se déroulent sous le signe de la bonne humeur. Merci également aux techniciens de l’ENST de Bretagne, Bernard Della, Guy Chuiton, Raymond Jezequel et Pierre Legaud du CNET de Lannion qui ont mené à bien les réalisations et les mesures des différents circuits avec soin. A Claire A mes parents et à mes frères “ La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c'est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Ici, nous avons réuni théorie et pratique : Rien ne fonctionne... et personne ne sait pourquoi ! ” (Albert Einstein) War raok … Sommaire SOMMAIRE Introduction générale 1 Chapitre I Domaines d’application et caractérisation des Lignes de Transmission Non-Uniformes (LTNU) 9 I-1. Introduction 11 I-2. Adaptation d’impédance dans le domaine fréquentiel 14 I-3. Adaptation d’impédance et transformation d’impulsion dans le domaine temporel 18 I-4. Coupleurs directifs, filtres adaptés et lignes non-uniformes couplées 19 I-5. Filtrage 22 I-6. Analyse de LTNU par sections de ligne cascadées 25 I-7. Compensation des discontinuités par des lignes non-uniformes 27 I-8. Conclusion 30 Références du chapitre I 31 Chapitre II Analyse dans le domaine fréquentiel de lignes de transmission à variation continue d’impédance et de forme arbitraire 35 II-1. Introduction 37 II-2. Variation d’impédance caractéristique de la ligne II-2-a. Interpolation cubique de la ligne complète 38 II-2-b. Section unitaire définie par un polynôme d’ordre 3 39 II-3. Equation de propagation d’un tronçon unitaire II-3-a. Mise en équation 40 II-3-b. Résolution des équations de propagation 42 Sommaire II-4. Détermination des paramètres de répartition dans le domaine fréquentiel II-4-a Paramètres de répartition d’une section unitaire 44 II-4-b Paramètres [S] de la ligne complète 47 II-5. Conclusion 48 Références du chapitre II 49 Chapitre III Optimisation et synthèse de lignes de transmission à variation continue d’impédance 51 III-1. Introduction 53 III-2. Prise en compte de contraintes en vue de la conception de filtres micro-ondes à partir de LTNU III-2-a. Problèmes de convergence 54 III-2-b. Conditions supplémentaires sur l’interpolation et les extrémités de la ligne 55 III-3. Algorithme d’optimisation III-3-a. Présentation de l’algorithme 56 III-3-b. Adaptation de l’algorithme à la conception de filtres 58 III-4. Synthèses de lignes non-uniformes III-4-a. Synthèse microruban 59 III-4-b. Synthèse coplanaire 61 III-4-c. Génération du masque 62 III-5. Présentation du logiciel NTL (Non-Uniform Transmission Line) réalisé 63 III-6. Conclusion 65 Références du chapitre III 66 Chapitre IV Application de la méthode à la conception de filtres coupe-bande et passe-bas à variation continue d’impédance 67 IV-1. Introduction 69 Sommaire IV-2. Généralités sur les filtres passifs coupe-bande et passe-bas en technologie plaquée IV-2-a. Présentation générale des filtres passe-bas et coupe-bande et de leurs gabarits 70 IV-2-b. Modélisation et conception classique de filtres passe-bas et coupe-bande en ligne T.E.M. ou quasi-T.E.M. 71 IV-3. Validation de la méthode par l’analyse et la conception d’un filtre coupe-bande IV-3-a. Exemple d’analyse d’un filtre coupe bande 75 IV-3-b. Conception et mesures d’un filtre coupe bande 77 IV-4. Réalisation de filtres passe-bas à partir de LTNU en technologie coplanaire IV-4-a. Prises en compte des contraintes de départ 81 IV-4-b. Conception et réalisation de filtres passe-bas 82 IV-4-c. Comparaison des réponses d’un filtre classique et d’un filtre à variation continue d’impédance 85 IV-4-d. Filtres passe-bas à larges bandes atténuées 88 IV-5. Conclusion 91 Références du chapitre IV 92 Chapitre V Extension de la méthode à la conception et à la réalisation de filtres passe-bande 93 V-1. Introduction 95 V-2. Généralités sur les lignes couplées (Filtres et coupleurs) 96 V-2-a. Théorie générale des lignes couplées 97 V-2-b. Lignes couplées symétriques : approche des modes pair et impair 100 V-2-c. Méthodes classiques de synthèses de filtres passe-bande à lignes couplées 102 V-2-d. Coupleurs directifs et filtres à lignes couplées non-uniformes par la méthode de S.Uysal 106 V-2-e. Synthèses microruban de lignes couplées 110 V-3. Adaptation de la méthode des lignes à variation continue d’impédance à l’analyse de lignes couplées non-uniformes 118 V-3-a. Superposition des modes pair et impair appliquée aux lignes symétriques couplées non-uniformes 119 V-3-b. Prise en compte de la dispersion et de la variation des vitesses de phase en fonction de la variation des impédances 122 V-3-c. Prise en compte de la modification de la longueur électrique réelle due à la courbure des lignes couplées 124 V-3-d. Contraintes liées au filtrage 127 V-4. Compensation de la différence des vitesses des modes propagés sur des lignes Sommaire couplées en milieu non-homogène 133 V-4-a. Compensation par lignes en “ dents de scie ” 135 V-4-b. Compensation par variation continue des impédances paires et impaires des lignes microruban couplées 140 V-5. Filtres passe-bande à lignes couplées à variation continue d’impédances et à bandes atténuées élargies V-5-a. Description de la procédure utilisée pour un filtre d’ordre 1 144 V-5-b. Analyse, optimisation et réalisation de filtres à bandes atténuées élargies 147 V-6. Conclusion 151 Références du chapitre V 152 Conclusion générale et perspectives 155 Publications et communications 159 Annexes A- Filtre supraconducteur en ondes millimétriques disposé dans un canal pour la réalisation d’un mélangeur à 200 GHz 163 B- Exemple d’application de la méthode à l’adaptation d’impédance (adaptation d’une antenne plaquée) 169 INTRODUCTION INTRODUCTION uploads/Litterature/ analyse-et-optimi-de-lignes-de-transmission-a-variation-continue-d-x27-impedance-filtrage-couplage-thesemarc-le-roy.pdf