Presentation - Coupleur et filtre coplanaire : Conception, simulation ...

Coupleur et filtre coplanaire :
Conception, simulation
Saïd Khireddine*, M’hamed Drissi*
IETR, CNRS UMR 6164
INSA Rennes
France
et mise au point
Mathieu Le Pipec, Mohamed Mazouz,
Jean-Luc Baladine, Anthony Gauthier
DA-LightCom
Lannion & Loges en Josas, France
1

1. Coupleur Hybride coplanaire
2. Filtres de Bessel-Thomson
Bessel Thomson
3. Conclusion
PLAN
[contexte, structure, simulation, mesure]
[contexte, structure, simulation, mesure]
2

Coupleur Hybride coplanaire (1/10)
Contexte d’utilisation :
� Transformation du signal NRZ en signal RZ de manière optique
3

Choix de la structure :
Coupleur Hybride coplanaire (2/10)
� Le déphaseur sera réalisé à l’aide d’un coupleur en quadrature
(3 dB, 90 °) chargé par des diodes varactors.
Caractéristiques du déphaseur :
� Bande de fréquence de fonctionnement : 19 à 23 GHz
� Déphasage de 360° commandable en tension
� Tension de commande : 0 < Vcom < 5 V
4

Coupleur Hybride coplanaire (3/10)
Réalisation de la structure :
5

Coupleur Hybride coplanaire (4/10)
� Réalisation d’un coupleur hybride en technologie coplanaire,
afin de ne pas utiliser de transition microruban - coplanaire.
6

Coupleur Hybride coplanaire (5/10)
Schéma de la structure :
7

Coupleur Hybride coplanaire (6/10)
Maillage de la structure :
� Maillage automatique par HFSS 9, Freq = 26 GHz
8

Propagation des champs :
Coupleur Hybride coplanaire (7/10)
� Champ électrique, Freq = 26 GHz
9

Coupleur Hybride coplanaire (8/10)
Schéma de mesures du coupleur:
� Plusieurs topologies ont été designées pour réaliser les
différents tests :
Isolation
Voie couplée Voie directe
10

Coupleur Hybride coplanaire (9/10)
Simulation et mesures de l’isolation:
dB
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
19 20 21 22 23
Fréquences GHz
Simulation
Mesure
isolation_mesure
isolation_simu
11

Coupleur Hybride coplanaire (10/10)
Simulation et mesures de la voie directe et de la voie couplée:
dB
00
19 19 20 20 21 22 22 23 23
-2
-2
-4
-6
-8
-10
-10
-12
-4
-6
-8
-12
-14
couplage
directe directe_simu
couplage_simu
Fréquences GHz
Simulation
Mesure
Mesure
Simulation
12

Applications Filtre
Filtres Bessel-Thomson Bessel Thomson (1/12)
Filtres Chebyshev et Elliptique :
� Forte atténuation, ondulations
(BP ou BA)
� Un temps de groupe variable
� Facile à réaliser
Filtres Bessel :
� Atténuations faible, pas
d’ondulations (BP ou BA)
� Filtre à phase linéaire : temps de
groupe plat
� Irréalisable sauf en technologie
coplanaire
Laser Modulateur Optique
Data
Driver Large Bande
Tension Vpp
Signal
Filtre Amplificateur
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Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (2/12)
Technologie coplanaire :
� La montée en fréquence (faible dispersion, faible pertes), 19GHz,
25GHz et 40GHz.
� Adaptée pour le montage en surface (diodes, pas besoin de via)
� Adaptation et transition à d’autre ligne : fente, stripline
Approche :
� Approche circuit, basée sur les éléments équivalents (effet de
bondings, fente,…)
� Approche EM, génération de modèles à base de simulation EM
utilisant HFSS (utilisation des stubs circuits ouvert)
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Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (3/12)
Structure initiale (filtre D) :
15

Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (4/12)
Structure initiale (filtre E) :
16

L’approche neuronale :
Données
d’Apprentissage
(simulation
(simulation
EM
EM
)
)
Phase d’Apprentissage
Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (5/12)
Réseau
De De Neurone
Artificiel
Phase de test
Données
de de Test Test
( simulation EM )
( simulation EM )
Phase d’utilisation
Simulation
Modélisation
Optimisation
Utilisé Utilisé pour pour
la la conception
des des circuits
Avec HFSS V9 on peut utiliser des
variables pour avoir les bonnes
variations
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L’approche neuronale :
dB 0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (6/12)
� Validation des modèles des discontinuités coplanaire
� Exactitude des résultats de comparaison entre la simulation EM et
les modèles ANN
S11 HFSS
S21 HFSS
S11 ANN
S21 ANN
-45
10 15 20 25 30
Fréquences GHz
Tg 70
(Ps) HFSS
60
ANN
50
40
30
20
10
0
10 15 20 25
Fréquences GHz
18

Maillage de la structure :
Tétraèdres petits
Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (7/12)
Tétraèdres grand
Maillage automatique
19

Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (8/12)
Distribution du champs électrique (structure D) :
Fréquence = 14GHz
Fréquence = 24GHz
20

Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (9/12)
Résultats de mesures de la structure D:
� Bon accord entre la simulation EM (HFSS) et la mesure
� La variation du temps de groupe est due essentiellement :
� Effet du plan de masse durant la mesure
� Calibration large bande présente des variations
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Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (10/12)
Maillage de la structure :
Tétraèdres petits
Tétraèdres grand
Maillage automatique
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Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (11/12)
Distribution du champs électrique (structure E):
Fréquence = 14GHz
Fréquence = 24GHz
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Filtres Bessel-Thomson
Bessel Thomson (12/12)
Résultats de mesures de la structure E:
� Bon accord entre la simulation EM (HFSS) et la mesure
� La variation du temps de groupe est due essentiellement :
� Effet du plan de masse durant la mesure
� Calibration large bande présente des variations
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Conclusion
Les structures étudiées sont en technologie coplanaire car cela
présente des avantages irréalisables dans une autre technologie.
La simulation EM utilisant HFSS permet d’optimiser des circuits
passifs complexes avec une bonne confiance dans les résultats (prise
en compte des effets de boîtier, des fils de bondings, …)
Le maillage automatique permet d’optimiser le rapport exactitude de
simulation / temps de calcul.
L’approche neuronale permet un gain de temps important par des
interpolations des modèles de discontinuités.
Il y a une bonne concordance entre les résultats de simulations et les
mesures.
Merci
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