Conception et intégration d’un sous-système filtre-antenne en céramique pour les communications haut-débit sans fils à 60 GHz

Conception of a ceramic filter / antenna subsystem for Wireless Communications at 60GHz

• Auteur / Autrice : Faten Kouki
• Direction : Stéphane Bila, Marc Thévenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique
• Date : Soutenance le 15/01/2015
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Robert Staraj
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bila, Marc Thévenot, Thierry Chartier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Person, Olivier Lafond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Antenne cornet

Filtre céramique

Communication sans fils 60GHz

Stérélithographie 3D

Horn antenna

Ceramic filter

Wireless communication 60GHz

Stereolithography 3D

Résumé

Dans le cadre des communications numériques sans fil, la vitesse d’échange de données est plus que jamais une caractéristique critique du système. Une augmentation du débit est donc nécessaire pour le développement de nouvelles applications, comme le «Wireless HD» qui doit rendre possible la transmission sans fil de gros volumes de données, telles que de la vidéo «non-compressée» à haute définition, à très haut débit (1-2 Gbps). La bande de fréquence centrée à 60 GHz semble être une solution préférentielle pour répondre à un tel besoin de par sa bande de fréquence disponible (9 GHz). Pour cela, il est nécessaire de disposer de technologies performantes pour l’intégration de systèmes d’émission réception (front-ends) millimétriques pour ces communications à très haut débit. L’objectif de cette thèse est de participer à la réalisation d’un système antennaire très directif à 60 GHz par la conception combinée d’une antenne et d’un filtre, et l’intégration de cette fonction grâce à un même procédé technologique. La conception et l’intégration combinées de l’antenne et du filtre participeront à améliorer le rendement global du sous-système destiné à des applications très haut débit à 60 GHz. Cette thèse, intitulée «Conception de fonctions combinées filtre-antenne pour les communications haut débit à 60 GHz», a été réalisée au sein du laboratoire XLIM, en collaboration avec le SPCTS pour les aspects technologiques, dans le cadre d’un projet régional.

The 60 GHz unlicensed spectrum between 57 and 66 GHz has received a lot of attention over the last years for enabling short-range and over 1-Gbps high-speed wireless communications. In addition to the high-data rates that can be accomplished in this spectrum, many other benefits such as high security communications are foreseen. In general, this frequency band is destined to low power and short range fixed or mobile applications. To benefit from high-speed within a compact device, it is required to realize a subsystem combining a directional antenna and a multiplexer with the same technological process. The 3D ceramic stereo lithography process has been selected to ensure the dimensional accuracy and limit the inevitable dispersions. This thesis contributes to achieve directional antennas at 60GHz by a combined antenna design and filter, and perform this function in the same technology the 3D ceramic stereo lithography process when connecting the filter with the antenna. Therefore, the first challenge is to design and to manufacture the primary feed of the directive antenna and the channel filters using the 3D ceramic process. The second challenge is to combine the primary feed and the 4 channel filters to form a single object. The filter-antenna subsystem allows to have a directivity of approximately 14 dBi. Therefore, the radiation of the horn antenna remains unchanged over the whole frequency band [57-66]GHz by associating the manifold multiplexer. The filter-antenna subsystem provides a return loss better than 10 dB at each port.