Conception et réalisation de filtres microondes planaires accordables par varactors, à base de structures périodiques

Abstract

The aim of this work was to design tunable RF/microwave filters. After having drawn up a state of the art of tunable microwave filters, factors of merit were proposed to compare these kinds of devices. Next, three topologies of tunable filters were developed. These filters are based on planar periodic structures consisting in transmission lines and capacitors loading these lines. For these three studies, semi-distributed based modelizations were done, by taking a distributed model of transmission lines and a lumped model of considered capacitors into account. Straightforward design rules have been derived. Fixed and tunable filters were designed with these methods of conception and then carried out in an hybrid coplanar technology. Workingfrequency- and/or bandwidth-tunings of these filters are obtained by using reverse-biased varactor diodes loading the transmission lines, these varactors showing acceptable quality factors at the considered working frequencies (between 0,5 and 9 GHz for our prototypes). Measurements of manufactured prototypes allowed to validate theoretical studies.L'objectif de ce travail fut de concevoir des filtres accordables dans le domaine RF/microondes. Après avoir dressé un état de l'art du filtrage accordable microonde et défini des facteurs de mérite permettant de comparer ces types de dispositifs, trois topologies de filtres ont ensuite été proposées. Ces filtres sont basés sur des structures périodiques planaires constituées de lignes de propagation et de capacités chargeant ces lignes. Pour les trois études présentées, des modélisations semi-réparties de ces structures ont été effectuées, modélisations analytiques prenant en considération un modèle réparti des lignes de propagation et un modèle localisé des capacités considérées. Des règles de conception simples ont alors été déduites. Des filtres fixes et accordables ont pu être conçus à partir de ces méthodes de conception puis réalisés en technologie coplanaire hybride. L'accord de la fréquence de fonctionnement et/ou de la bande passante de ces filtres est réalisé par l'intermédiaire de varactors chargeant les lignes de propagation, les varactors que nous avons utilisés étant du type jonctions semiconductrices polarisées en inverse présentant des facteurs de qualité acceptables aux fréquences de travail considérées pour nos prototypes (entre 0,5 et 9 GHz). Les mesures des prototypes réalisés ont ensuite permis de valider les études théoriques proposées