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Réseaux d'adaptation d'impédance ajustables à base de composantes MEMS RF pour les applications basses fréquences

Domingue, Frédéric (2008). Réseaux d'adaptation d'impédance ajustables à base de composantes MEMS RF pour les applications basses fréquences. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un synthétiseur d'impédance ajustable réalisé à l'aide de microsystème RF pour les applications basses fréquences. L'objectif principal est d'identifier et de valider expérimentalement les avenues pour réduire les dimensions des circuits variables optimisés pour une opération dans les bandes de fréquences inférieures à 5 GHz.

Ce travail traite de l'optimisation et présente une technique de conception pour maximiser la couverture d'impédance de l'abaque de Smith sur une plage de fréquences ciblées. Cette technique et les modèles de simulation exploités ont été validés expérimentalement. La preuve de concept a permis de démontrer la possibilité de réduire de 1,5 fois les dimensions de la solution comparativement à une approche conventionnelle en couvrant les mêmes bandes de fréquences. De plus, plusieurs stratégies d'adaptation d'impédance sont étudiées pour différentes applications et spécifications requises. Ces nouvelles stratégies sont étudiées sur la base du modèle qui a été entièrement validé expérimentalement.

De nombreuses contributions scientifiques entourant les réseaux d'adaptation d'impédance pour les applications de communication sans fil, autant théoriques que pratiques, sont présentées dans cette thèse. Essentiellement, cette dernière apporte une vision nouvelle de la conception des réseaux d'adaptation d'impédance à l'aide de circuit RF-MEMS. Peu d'auteurs se sont attardés à l'étude détaillée des performances des réseaux MEMS dans un contexte RF pratique. L'étude du comportement des solutions proposées est faite avec un regard orienté sur l'apport réel obtenu à l'aide des circuits lorsqu'ils sont intégrés dans un système micro-ondes. L'analyse des performances comprend : la couverture de l'abaque de Smith, l'estimation de l'uniformité de la distribution, le calcul du taux de transfert de puissance et l'adaptation atteignable pour l'ensemble de l'abaque. De plus, les réseaux conçus sont appliqués à un dispositif actif pour la réalisation d'un amplificateur RE variable. Le bénéfice direct des réseaux d'adaptation d'impédance MEMS variables étudiés est alors concrètement perçu.

D'abord une solution est étudiée et validée expérimentalement. Les résultats obtenus avec cette solution, basée sur l'intégration d'une ligne à fortes discontinuités à une ligne de transmission MEMS variable distribuée, s'avèrent supérieurs aux réseaux traditionnels présentés dans la littérature. Suite à l'analyse de cette solution, quelques pistes de recherche intéressantes ont été explorées. Ces nouvelles stratégies offrent un potentiel pour améliorer la plage de fréquences d'opération et augmenter la flexibilité.

Titre traduit

Variable RF-MEMS impedance matching networks for low frequency applications

Résumé traduit

This thesis presents the design and the fabrication of variable impedance matching networks for low frequency applications. The main goal is to identify a few strategies and validate their potential to reduce the size of variable matching networks for the frequency below 5 GHz.

This work demonstrates an optimization technique used to maximize the Smith chart impedance coverage for a specific frequency band. This technique was validated and tested through experimental results. The fabricated proof of concept based on a slow-wave structure presents a 1.5 time size reduction compared to a traditional design. Moreover, many other strategies are identified to target different operating frequency. These novel strategies have been simulated using an experimental model.

Many contributions on the variable impedance matching networks are done in this thesis. This thesis presents a completed analysis of each parameter affecting the performance. An interesting analysis is proposed to estimate the practical advantages offered by the solutions. A first solution using a slow-wave transmission line is presented and validated through experimental results. The obtained results confirm the improvement of the Smith chart coverage. The studies include: the Smith chart coverage, the uniformity evaluation using a khi2 factor, the power transfer from a non-50 ohm source to a 50 ohm load and the input return loss for the entire gamma plane. Also, these networks are included in a theoretical variable amplifier design. The experimental models are used to simulate the potential of the proposed networks for the fabrication of variable amplifiers.

Then, a few other structures are presented and analyzed. These solutions present different components to improve the Smith chart coverage and reduce the transmission loss.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f. [162]-165.
Mots-clés libres: Microsystèmes électromécaniques. dmtl, impedance, intelligent, microsystème, rf, rf-mems, synthetiseur
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Kouki, Ammar B.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Mansour, Raafat R.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 09 août 2010 15:24
Dernière modification: 03 déc. 2016 02:22
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/162

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