Electroniques dédiées à l'asservissement d'oscillateurs et à la mesure physique à l'aide de capteurs à ondes élastiques

par Nicolas Chretien (Chrétien)

Thèse de doctorat en Sciences de l'Ingénieur

Sous la direction de Jean-Michel Friedt et de Sylvain Ballandras.

Soutenue le 27-06-2014

à Besançon , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Dulmet.

Le jury était composé de Jean-Michel Friedt, Sylvain Ballandras, Didier Albrecht.

Les rapporteurs étaient Olivier Llopis, Jean-Yves Dauvignac.


  • Résumé

    Le travail en bande de base permet de s’affranchir du bruit de multiplication de fréquenced’un signal. Cependant, la conception d’un oscillateur fonctionnant à haute fréquence nécessited’avoir un composant sélectif en fréquence, fonctionnant à haute fréquence et avec un facteurde qualité élevée. L’approche proposée dans cette thèse consiste à évaluer un composant à ondeélastique de volume à harmoniques élevées, le HBAR, pour la réalisation d’un oscillateur compactet stable, travaillant en bande de base à 2,45 GHz, à des fins d’utilisation de source defréquence pour un système RADAR. Les oscillateurs réalisés présentent un bruit de phase de-100 dBc/Hz pour un écart à la porteuse de 1 kHz, avec une perspective d’amélioration d’une dizainede dBc/Hz de cette valeur d’après la simulation. L’étude porte également sur l’analyse del’influence du bruit de phase de l’oscillateur local sur la résolution d’une mesure RADAR dontl’effet est démontré expérimentalement en utilisant une ligne à retard à onde élastique de surface(SAW) comme cible RADAR coopérative. Le travail effectué sur cette cible coopérative apermis d’aboutir à un prototype d’électronique embarqué pour l’interrogation de lignes à retardà ondes élastiques utilisées en tant que capteurs passifs interrogeables à distance. L’architecturede l’interrogateur combine une méthode RADAR impulsionnelle à un système d’échantillonnageen temps équivalent permettant de réduire l’importance de la puissance de calcul dansle traitement de la réponse. Les inconvénients de l’échantillonnage en temps équivalent sontminimisés par une interrogation judicieuse pour acquérir seulement les points nécessaires à lamesure. Les mesures effectuées sur un capteur de température commercial présentent une résolutionde 0,2°C avec une bande passante de 35 kHz. Pour les applications nécessitant une bandepassante plus élevée (allant jusqu’à 200 kHz), un second prototype n’ayant pas de restrictionsur les ressources de calcul mises en oeuvre est également présenté dans cette thèse, combinantla même méthode impulsionnelle avec un échantillonnage en temps réel.

  • Titre traduit

    Electronics dedicated to oscillators and psysical mesurement using elastic wave sensors


  • Résumé

    Eliminating the step of frequency multiplication, by working in baseband, reduces the phasenoise of an oscillator. However, the design of a high frequency oscillator requires a frequencyselective component, which operates at high frequency and with a high quality factor. The approachproposed in this thesis is to evaluate a High-overtone Bulk Acoustic-wave Resonator,the HBAR, for the realization of a compact and stable oscillator at 2.45 GHz for a RADAR system.The designed oscillator exhibits a phase noise of −100 dBc/Hz at 1 kHz from the carrier,with an expected improvement of a dozen dBc/Hz according to the simulation. The study alsofocuses on the analysis of the local oscillator phase noise impact on the resolution of a RADARmeasurement and an experimental demonstration is done using a delay line surface acousticwave (SAW) as cooperative RADAR target. The work on this cooperative target has lead to aprototype of an embedded electronics for interrogating surface acoustic wave delay lines usedas passive sensors remotely interrogated through a wireless link. The architecture combines thepulsed RADAR signal generation method with an equivalent time sampling system in orderto reduce the computing power needed to process the response. The disadvantages of equivalenttime sampling are minimized by a smart interrogation strategy to acquire only mandatorysamples. Measurements on a commercial temperature sensor have a resolution of 0.2°C witha 35 kHz bandwidth. For applications in need of higher bandwidth (up to 200 kHz), a secondprototype with no restriction on computing resources is also presented in this thesis, combiningthe same impulse RADAR method with real-time sampling.


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Informations

  • Détails : 1Vol. (156p.)
  • Annexes : Bibliogr.p149-156

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA2014.28
  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire électronique, Besançon.
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