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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
No d'ordre : 2271 Année 2005 THÈSE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Spécialité : Électronique par Étienne PERRET Ingénieur de l'École Nationale Supérieure d'Électrotechnique, d'Électronique, d'Informatique et des Télécommunications DEA Microondes et télécommunications optiques Application de l'approche par changements d'échelle aux circuits planaires hyperfréquences soutenue publiquement le 27 octobre 2005 devant le jury composé de : Pr. Jean Marc LAHEURTE Président Pr. Hervé AUBERT Directeur de thèse Pr. Raphaël GILLARD Rapporteur Mr. Patrick PONS Examinateur Pr. Serge VERDEYME Rapporteur Thèse préparée au Laboratoire d'Électronique de l'ENSEEIHT

  • directeur de thèse pr

  • application de l'approche par changements d'échelle

  • ingénieur de l'ecole nationale


Publié le : mardi 19 juin 2012
Lecture(s) : 40
Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 199
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oN d’ordre : 2271 Année 2005
THÈSE
présentée
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Spécialité : Électronique
par
Étienne PERRET
Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrotechnique, d’Électronique, d’Informatique
et des Télécommunications
DEA Microondes et télécommunications optiques
Application de l’approche par
changements d’échelle
aux circuits planaires hyperfréquences
soutenue publiquement le 27 octobre 2005 devant le jury composé de :
Pr. Jean Marc LAHEURTE Président
Pr. Hervé AUBERT Directeur de thèse
Pr. Raphaël GILLARD Rapporteur
Mr. Patrick PONS Examinateur
Pr. Serge VERDEYME Rapporteur
Thèse préparée au Laboratoire d’Électronique de l’ENSEEIHTà mes parents,
à mon frère,"Se donner du mal pour les petites choses,
c’est parvenir aux grandes, avec le temps"
Samuel Beckett.
"Notre tête est ronde pour permettre à la
pensée de changer de direction"
Francis Picabia.Remerciements
CetravailaétéeffectuéauLaboratoired’Electroniquedel’ENSEEIHT(INPT)
au sein du Groupe de Recherche en Electromagnétisme.
Que Monsieur le Professeur Hervé Aubert reçoive toute l’expression de ma
reconnaissance pour m’avoir proposé ce sujet de recherche, et, pour tout son
dynamisme et ses compétences scientifiques qui m’ont permis de mener à bien
cette étude.
Je remercie tout particulièrement Monsieur Raphaël Gillard, Professeur
à
l’INSAdeRennes,del’Institutd’ElectroniqueetdeTélécommunicationdeRennes,
ainsiqueMonsieurSergeVerdeyme,Professeuràl’UniversitédeLimoges,del’Institut de Recherche en Communications Optiques et Microondes, qui ont accepté
de juger ce travail et d’en être les rapporteurs. Leurs réflexions critiques ont été
profitables à la rédaction de ce manuscrit.
Je suis très sensible à la présence dans ce jury de Monsieur Jean Marc
Laheurte, Professeur à l’Université de Marne-la-Vallée, qui me fait l’honneur de
présider cette commission d’examen. Je l’en remercie sincèrement.
JetienségalementàremercierMonsieurPatrickPons,ChargédeRechercheau
CNRS, du Laboratoired’Analyse et d’Architecture des Systèmes, d’avoir accepté
de participer au jury de cette thèse.
Je veux adresser tous mes remerciements à Monsieur Hervé Legay, du
département antenne spatiale à ALCATEL ALENIA SPACE, de la confiance et de
l’intérêt qu’ilasuporteràmestravauxderecherche. Jeregrettesincèrement qu’il
n’est pas pu prendre part, pour une question de calendrier, à cette commission
d’examen.
J’exprime toute mon amitié à Monsieur Etienne Girard, avec qui j’ai travaillé
enétroitecollaborationtoutaulongdematroisièmeannéedethèse.Jeleremercie
pourl’aideapportée,aussibienpourlavalidationdemoncodedecalculquepour
la réalisation des mesures effectuées sur la cellule déphaseuse. Qu’il soit assuré de
ma reconnaissance.
Toute mon amitié à Messieurs Frédéric Surre et Gaëtan Prigent avec qui j’ai
partagé différents bureaux pendant ces trois années, et avec qui j’ai eu tant de
discussions fructueuses. Je ne les remercierai jamais assez pour toute l’aide et le
temps qu’ils ont eut la gentillesse de m’accorder.
Je remercie mon ancien binôme Monsieur Olivier Pigaglio pour ses conseils etrecommandations techniques, qui jusqu’au dernier moment a su m’apporter un
soutien aussi bien logistique que moral.
Mes remerciements les plus sincères vont également à Monsieur Jean-René
Poirier et Mademoiselle Nathalie Raveu qui ont eu la gentillesse de lire et relire
mon manuscrit provisoire. La qualité, la clarté mais encore la pertinence de ce
manuscrit doit pour beaucoup à leurs conseils et remarques.
Je remercie particulièrement mon Père qui s’est prêté avec patience, assiduité
et rigueur à la correction de mon manuscrit tant sur le plan de l’orthographe que
delasyntaxe.Latacheétaitd’autantplusingratequ’iln’estpointdudomaine.Je
lui suis à jamais reconnaissant pour son aide. Un grand merci à toute ma famille,
particulièrement à ma Mère sans laquelle je n’aurais sans doute pas pu parvenir
jusque là. Leur soutien aussi bien moral que matériel de tous les instants m’a
permit de me consacrer pleinement à mes études. Merci également à mon Frère
qui s’est prêté de bonne grâce à la relecture de mes textes en anglais.
Merci aussi à tous mes collègues et amis de longue date du laboratoire, j’ai
une pensée toute particulière pour Damien Voyer avec qui j’ai pu longuement
discuter de nos travaux de recherches respectifs, Alexandru, Ali, Désiré, Maxime,
Mohamed, Samawal, Yahia. J’ai grandement apprécié les discussions très variées
que l’on a pu avoir ensemble tout au long de ces trois années. Je leur exprime ma
profonde sympathie et leur souhaite beaucoup de bien.
Je remercie l’équipe d’enseignement qui m’a accueilli au sein du département
d’électronique de l’ENSEEIHT, Mesdames Andreu, Ducrois, Montels, Messieurs
Ahmadpanah, David. Mes amitiés les plus sincères à Monsieur Crampagne qui
m’aappris tant dechoses, pour l’aideprécieuse et la patience dont ila faitpreuve
à mon égard.
Je souhaite enfin remercier mes amis pour leurs encouragements, l’écoute et
l’aide qu’ils ont su m’apporter tout au long de mes études. Je sais que je leur dois
beaucoup. Un immense merci, et bien plus encore, à mon amie Emma qui a su
m’épauler et me réconforter dans les moments de doute.Résumé
La complexification inhérente à l’essor des circuits microondes se traduit par la coexistence
deplusieurséchellesdansunmêmecircuitmaisaussiparl’apparitionderapportsdedimensions
importants. Elle se traduit également sur le plan numérique par le fait que l’explosion même
des moyens de calcul ne semble pas répondre au besoin des utilisateurs. En effet, on demande
aux outils de simulation bien plus qu’un simple dimensionnement de structures, à savoir la
mise au point de nouvelles techniques. L’enjeu n’est autre que de pouvoir analyser de manière
rigoureuse des problèmes globaux allant du composant élémentaire jusqu’à la prise en compte
des phénomènes de propagation en milieux complexes.
Une modélisation électromagnétique basée sur une formulation par changements d’échelle a été
développée et appliquée sur différents circuits planaires hyperfréquences. Cette méthode vise à
s’affranchir des problèmes classiques de simulation, liés à la multiplicité des échelles mises en
jeu dans une structure.
Lecaractèremulti-échelled’unestructureestutilisépourdécomposercelle-ciensousstructures,
encore appelées briques élémentaires de passage. Ces briques apparaissent comme de véritables
constituants de base de n’importe quelles structures multi-échelles. Elles caractérisent le
passage d’une échelle vers une autre, et sont associées à un multi-port. La prise en compte du
problème global revient à mettre en cascade ces différents multi-ports. Cette démarche de type
«Lego» apporte une certaine modularité qui facilite grandement la mise en place d’études
paramétriques.
Nous combinons la rapidité de calcul d’une formulation modale classique mais d’application
très restreinte avec une approche flexible permettant l’étude de structures multi-échelles. Ceci
conduit à une réduction très significative en terme de temps de calcul et d’espace mémoire par
rapport aux méthodes numériques classiques.
Pour illustrer notre approche, nous avons considéré l’étude de microcomutateurs MEMS, d’une
antenneactive et d’une cellule déphaseuse.Une validationexpérimentalede la méthode est
présentée, de plus les résultats obtenus ont confirmé l’efficacité d’une telle approche par rapport
aux méthodes classiques.
Mots clés
Hyperfréquences
Modélisation électromagnétique multi-échelle
Méthode integrale
Technique par changements d’échelle
Réseaux réflecteur
Antennes actives
MEMS

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