Synthesis and design of tunable microwave bandpass filters using planar patch resonators

• Auteur / Autrice : Ariana Maria da Conceição Lacorte Caniato Serrano
• Direction : Tân-Phu Vuong, Philippe Ferrari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance le 02/05/2011
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Universidade de São Paulo. Faculdade de ciêncas farmacêuticas
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble ; Chambéry ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Eduardo Victor Dos Santos Pouzada
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Ferrari, Fatima Salete Correra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Jarry, Octavio Martins de Andrade

Mots clés

Mots clés libres

Filtres accordables

Résonateurs “Patch”

Diodes varactors

Résonateurs multi-modes

Tunable filters

Patch resonators

Varactor diode

Multimode resonator

Résumé

L'objectif de la thèse était la conception et la synthèse de filtres RF passe-bande reconfigurables, basés sur des résonateurs de type “Patch”. Une méthode de conception dédiée à la synthèse des filtres reconfigurables a été développée et appliquée à deux filtres reconfigurables basés sur des « patchs » triangulaire et circulaire. La technique de synthèse repose sur l'analyse de la matrice de couplage, facilitée par une analyse électromagnétique des modes propres des résonateurs « Patch ». Les filtres reconfigurables ont été conçus et optimisés à l'aide de simulations électromagnétiques 3D en incluant le modèle électrique des composants localisés utilisés, diodes varactors et capacités fixes. Les deux filtres reconfigurables ont été réalisés en technologie circuit imprimé. Les dimensions minimum du « layout » ont été choisies afin d'être compatibles avec une technologie bas coût, la dimension la plus faible n'étant pas inférieure à 0,5 mm.

The objective of this thesis is the design and synthesis of tunable bandpass filters at microwave frequencies using planar patch resonators. A methodology for the design and synthesis of tunable patch filters is developed and applied to two filters with triangular and circular topologies. The methodology provides techniques to extract the coupling scheme that models the filter behavior and the necessary equations for calculating the corresponding coupling matrix. Then, the theoretical filter response resulting from the analysis of the coupling matrix coefficients is compared to the results of complete simulations. The complete simulations combine the results of the 3D electromagnetic (EM) simulation of the filter layout with the results of the electrical simulation of the tuning devices, represented by their lumped elements equivalent model. This allows the correct model of the tuning effect and the definition of the tuning possibilities and limits. In order to validate the methodology, the tunable patch filters are fabricated using Microwave Integrated Circuit (MIC) technology on flexible substrates. The minimum dimensions are greater than 0.5 mm, ensuring a low cost fabrication process.