Thèse soutenue

Nouvelle génération de dispositifs hyperfréquences passifs reconfigurables électroniquement basés sur la technologie de commutation CBRAM non volatile
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Auteur / Autrice : Jayakrishnan Methapettyparambu purushothama
Direction : Étienne Perret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique et radiofréquence
Date : Soutenance le 08/10/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de conception et d'intégration des systèmes (Valence ; 1996-....)
Jury : Président / Présidente : Ke Wu
Examinateurs / Examinatrices : Mohanan Pezholil, Florence Podevin, Arnaud Vena
Rapporteurs / Rapporteuses : Ke Wu, Damien Deleruyelle

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Cette thèse présente une nouvelle génération de dispositifs hyperfréquences passifs, reconfigurables électroniquement, basés sur la technologie de commutation ‘Conductive Bridging Random Access Random'(CBRAM). Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif de s’affranchir du principal inconvénient des dispositifs hyperfréquences entièrement passifs (ne nécessitant pas de batterie pour fonctionner), à savoir la reconfigurabilité électronique. En effet, sur les dispositifs radiofréquences classiques, cette fonctionnalité repose sur l'utilisation de composants de commutation plus ou moins encombrants nécessitant une puissance importante, pour être exploités, et pour maintenir un état d'impédance (PIN, MEMS et similaire). Nous proposons ici une technique permettant de reconfigurer des dispositifs passifs ne nécessitant pas d’énergie (non-volatilité) pour maintenir un état d'impédance. Cette caractéristique fondamentale distingue les commutateurs CBRAM des commutateurs RF classiques, comme indiqué ci-dessus. Nous présentons ici deux techniques pour concevoir et développer des commutateurs CBRAM potentiellement imprimables, et pouvant être intégrés dans un circuit hyperfréquence sur substrat rigide ou flexible via un procédé de fabrication simple réalisable hors salle blanche.Dans un premier temps, une preuve de concept de cette technologie est présentée à travers la réalisation expérimentale d’un commutateur RF en mode shunt sur ligne CPW réalisé sur substrat FR-4 ainsi que sur un substrat papier. Cette première étude est validée par des mesures, des simulations électromagnétiques, ainsi qu’une modélisation du commutateur sous la forme d’un circuit électrique équivalent. Ensuite, nous montrons l’intégration de ces commutateurs pour le développement d’étiquettes RFID sans puce réinscriptibles. Ces étiquettes sont similaires à un code-barres optique, mais avec une fonctionnalité améliorée de réinscriptibilité électronique et la possibilité de les lire à travers des objets opaques. Nous présentons également différentes stratégies de codage de données pour ces nouveaux tags RFID sans puce ainsi qu’une modélisation circuit pour faciliter la conception. Enfin nous montrons qu’il est possible d’intégrer ces commutateurs dans d’autres circuits micro-ondes passifs tels que des antennes reconfigurables, des filtres et des commutateurs SPDT. Ces nouveaux dispositifs sont compatibles avec des applications dont la consommation énergétique doit être faible, c’est le cas par exemple pour les capteurs sans fils autonomes en énergie appliqués à l’internet des objets (IOT) ou à la technologie 5G. Pendant toute la durée de cette thèse, nous avons œuvré pour démocratiser cette nouvelle technologie de commutation non volatile en la rendant compatible avec des procédés d’impression d’encre métallique et diélectrique, à bas coût.