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Conception et fabrication d'un filtre accordable avec la technologie des MEMS pour les applications micro-ondes

Hémon, Mathieu (2007). Conception et fabrication d'un filtre accordable avec la technologie des MEMS pour les applications micro-ondes. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Depuis plusieurs décennies le domaine des communications sans fil est en pleine expansion. Ce phénomène entraîne la nécessité d'améliorer continuellement les systèmes, d'un point de vue tant algorithmique que matériel. Des filtres plus sélectifs, au coût et à l'encombrement réduit, aux pertes d'insertion minimes font partie des objectifs. L'augmentation du nombre et de la qualité des transmissions passe par le partage du spectre de fréquences, donc par la possibilité de pouvoir changer la fréquence de transmission. Les filtres accordables sont essentiels afin d'avoir des systèmes reconfigurables permettant ces sauts de fréquences.

Pour réaliser un tel filtre, l'émergence de la technologie des MEMS ouvre de nouvelles perspectives. Déjà présente dans des domaines très variés, ses premiers pas en hyperfréquence remontent aux années 1990. Les recherches à ce sujet ont mis en évidence les avantages des MEMS RF: miniaturisation, faible consommation de puissance, faible pertes, linéarité de leur comportement, tout en étant compatible avec une intégration monolithique de type MMIC.

Cette étude, destinée aux communications dans la bande 1,35 GHz-2,7 GHz, diffère de la majorité des articles parus sur ce sujet pour lesquels les applications au dessus de 15 GHz prédominent.

Le filtre réalisé dans ce projet est un filtre demi longueur d'onde à accordage capacitif, utilisant des valeurs discrètes de capacités sélectionnées à l'aide d'un interrupteur MEMS ohmique conçu spécifiquement pour cette application. Le composant MEMS RF a été dimensionné puis caractérisé théoriquement et par le biais de simulation couplées électromécaniques afin d'obtenir un comportement prédictif le plus fiable possible.

Le filtre accordable incluant les composants MEMS a été fabriqué par nos soins à l'Université McGill de Montréal. La bande de fonctionnement du filtre se situe entre 1,536 GHz et 2,174 GHz, ses pertes d'insertion varient de 5,5dB@2,174GHz à 11,7dB@1,536GHz, et sa bande passante de 20 MHz à 40 MHz.

Titre traduit

Design and fabrication of a tunable filter using MEMS technology for microwaves applications

Résumé traduit

For several decades wireless communications have been in great expansion. This phenomenon requires the continuous improvement of the systems, for the algorithms and materials. The goals are to have more selective filters with reduced cost and dimensions and with insertion losses as low as possible. The increase of transmission number and quality needs to divide the frequency. Frequency hopping is useful for tactical communication. That's why tunable filters became the key to make such reconfigurable systems.

In this context, MEMS technology permits new perspectives. Already presents in various domains, their first steps in RF were in 1990s. Main researches high1ighted the advantages of RF MEMS: miniaturization, low consumption of power, low losses, linearity of their behaviour, while being compatible with a monolithic integration like MMIC.

This study is intended for communications in the band 1,35 GHz - 2,7 GHz. It differs from the majority of the publications on this subject for which the applications to the top of 15 GHz prevail.

The filter designed in this project is a half wave resonator tuned with capacitance. Ohmic MEMS switches are designed specifically for this application, and used to select fixed capacities to reachable discrete values. Theory is used to size this RF MEMS component, and characterization is complete using both theory and coupled electromechanical simulations.

This tunable filter including RF MEMS switches was built using the facilities of McGill University of Montreal. The tuning range is from 1,536 GHz to 2,174 GHz, the insertion losses are 5,5dB@2,174GHz and 11,7dB@1,536GHz, and the bandwidth varies between 20 MHz and 40 MHz.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique." Bibliogr : f. [139]-142.
Mots-clés libres: Microsystèmes électromécaniques, Transmission sans fil, Micro-ondes, Bande, Filtrage, Filtre, Interrupteur, Ohmique, RF
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nerguizian, Vahé
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Gagnon, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 08 avr. 2011 20:56
Dernière modification: 30 nov. 2016 20:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/578

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