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Intégration de dispositifs passifs 3D compacts et performants. Application à la réalisation d'une matrice de Butler 4x4 en bande Ka

Authors
  • Cayron, Audrey
Publication Date
Oct 23, 2020
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

La complexité des systèmes RF intégrés pour les applications sans fil grand public s’accroit, et exige de revisiter l’intégration des circuits passifs RF et microondes. De nouvelles solutions offrant plus de compacité et de performance doivent être recherchées, avec un coût de fabrication qui doit rester faible. Parmi celles-ci, une filière technologique 3D de type « Integrated Passive Devices » (IPD) est développée au LAAS-CNRS et par la société 3DiS Technologies depuis plusieurs années. Après avoir démontré les capacités de la technologie pour l’intégration de solénoïdes extrêmement compacts et performants, le travail présenté dans ce manuscrit ajoute l’intégration des condensateurs pour faire évoluer la technologie vers la fabrication de fonctions passives RF complexes.Le manuscrit s’articule en trois chapitres. Une première partie dresse une revue des procédés technologiques existants pour la fabrication de systèmes RF et met en évidence l’importance de disposer de composants passifs compacts et performants pour pouvoir intégrer les circuits MMIC. Dans ce contexte, nous présentons les avantages apportés par une solution d’intégration 3D bas coût telle que celle proposée. Dans une deuxième partie, nous présentons le développement de condensateurs Métal-Isolant-Métal (MIM). Les caractérisations montrent que les condensateurs présentent des performances équivalentes à celles recensées dans la littérature avec de très bons coefficients de qualités. Nous appliquons ensuite la technologie 3D complète à la réalisation de deux transformateurs adaptés en impédance 50 Ω en utilisant des condensateurs. Le procédé technologique de fabrication des deux circuits est décrit. Dans la bande d’adaptation, les circuits fabriqués et caractérisés affichent des pertes en transmission équivalentes aux pertes théoriques minimales estimées à partir du gain disponible maximum des transformateurs. Ces résultats confirment les bonnes performances des condensateurs MIM développés qui introduisent des pertes minimes pour les circuits fabriqués. Aucun problème de fabrication n’est relevé pour les transformateurs adaptés, ce qui permet de valider le procédé technologique complet pour l’intégration de condensateurs et de solénoïdes.Sur la base de ces résultats, le dernier chapitre est consacré au développement d’une matrice de Butler 4×4 destinée à piloter un faisceau de quatre éléments rayonnants en visant la 5G comme contexte applicatif. Des pertes en transmissions inférieures à 3,5 dB et un écart sur les déphasages en sorties de 16° sont relevés pour une large bande passante de 24-29 GHz. Ces résultats de mesure sont à l’état de l’art et surpassent les solutions existantes, en particulier au niveau de la surface occupée de seulement 0,84 mm2. Ces résultats démontrent le potentiel de la technologie 3D à réaliser un compromis innovant entre densité d’intégration et performances.

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