FILTRES PLANAIRES DE MULTIPLEXEUR D`ENTRÉE
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FILTRES PLANAIRES DE MULTIPLEXEUR D’ENTRÉE A 4 GHz INTEGRANT DES SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPÉRATURE CRITIQUE FONCTIONNANT A 77K POUR DES APPLICATIONS SPATIALES C. THIBON – S. COURREGES – H. JALLAGEAS – V. MADRANGEAS M. MAIGNAN – C. LAPORTE – C. ZANGHI Département MINACOM 1 Clément THIBON INTÉRÊT DE L’UTILISATION DES SHTC Avantages espérés : • Réduction du volume et du poids des systèmes embarqués • A terme réduction des temps de conception et de mise au point Problèmes rencontrés : • Difficulté de conception • Maturité des systèmes cryogéniques Département MINACOM 2 Clément THIBON PLAN EXEMPLE DE CAHIER DES CHARGES D’UN FILTRE D’IMUX EN BANDE C SOLUTIONS TECHNIQUES ADOPTÉES MÉTHODES DE MESURES CORRECTIONS A APPORTER Département MINACOM 3 Clément THIBON CAHIER DES CHARGES DE l’IMUX ¾ Douze canaux en bande C ¾ Bande passante 56,25 MHz ¾ f1 = 3781,25 MHz → f12 = 4468,75 MHz ¾ Spécifications électriques sévères imposées par le besoin client et l’état de l’art de la technologie actuelle (filtre à résonateur en cavité) 9 Dimensions réduites →Technologie planaire supraconductrice Département MINACOM 4 Clément THIBON SOLUTIONS TECHNIQUES ADOPTÉES ¾ Supraconducteur: YBaCuO Température critique Tc = 88 K Epaisseur du film e = 600 nm ¾ Substrat de LaAlO3 (LAO) Hauteur H = 520 µm Permittivité εr = 23,6 ¾ Boîtier en Kovar doré ¾ Utilisation de résonateurs microruban en forme de croix ouverte (brevet Alcatel) Résonateur monomode demi-onde Département MINACOM 5 Clément THIBON SOLUTIONS TECHNIQUES ADOPTÉES 9 Cahier des charges Gabarit |S21|dB, |S11|dB Simulations |S21|dB, |S11|dB • f0 = 4,46875 GHz • BW = 56,25 MHz • Ondulation |S21| BW < 0,45dB • TPG plat Département MINACOM 9 Topologie retenue Filtre 8 pôles autocorrigé, résonateurs en croix ouvertes + patch Topologie Validée 6 Clément THIBON DEROULEMENT DE LA CONCEPTION D’UN FILTRE Département MINACOM 7 Clément THIBON MATRICES DE COUPLAGE 0,8258 0,0057 ⎡ 0,0027 ⎢ ⎢ 0,8258 − 0,0043 0,5846 ⎢ 0,0057 0,5846 0,0026 ⎢ 0,0001 0,0087 0,4934 [Mfb ] = ⎢ ⎢ 0,0030 0,0000 0,0053 ⎢ ⎢− 0,0000 − 0,0029 − 0,2030 ⎢ 0,0001 − 0,0562 − 0,0029 ⎢ 0,0001 − 0,0000 ⎢⎣ 0,0461 0,0001 0,0030 − 0,0000 0,0001 0,0461 ⎤ ⎥ 0,0087 0,0000 − 0,0029 − 0,0562 0,0001 ⎥ 0,4934 0,0053 − 0,2030 − 0,0029 − 0,0000 ⎥ ⎥ 0,0052 0,7525 0,0054 0,0000 0,0031 ⎥ 0,7525 0,0049 0,4934 0,0088 0,0001 ⎥ ⎥ 0,0054 0,4934 0,0025 0,5846 0,0058 ⎥ 0,0000 0,0088 0,5846 − 0,0047 0,8258 ⎥ ⎥ 0,0031 0,0001 0,0058 0,8258 0,0027 ⎥⎦ Refb = 1,0087 Rsfb = 1,0086 0 0,82611 0 0 0 0 0 0,04586 ⎤ ⎡ ⎥ ⎢ 0 0,58581 0 0 0 0 − 0,05634 ⎥ ⎢0,82611 ⎥ ⎢ 0 0,58581 − 0,20330 0 0,49384 0 0 0 ⎥ ⎢ 0 0 0,49384 0 0,75332 0 0 0 ⎥ ⎢ [M] = ⎥ ⎢ 0 0 0 0,75332 0 0,49384 0 0 ⎥ ⎢ 0 0 − 0,20330 0 0,49384 0 0,58581 0 ⎥ ⎢ ⎢ 0 − 0,05634 0 0 0 0,58581 0 0,82611⎥ ⎥ ⎢ 0 0 0 0 0 0,82611 0 ⎦⎥ ⎣⎢0,04586 · Matrice de couplage conforme à l’objectif Département MINACOM 8 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [1] Packaging pour la première méthode de mesure Département MINACOM 9 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [1] 9 Protocole de mesures Avec enceinte à vide Plongée directe dans l’Azote liquide Vers pompe à Accès 1,2 vide T° ¾ Étalonnage à température ambiante Département MINACOM 10 Clément THIBON |S21|dB, sous vide, filtre 1 |S21|dB sans He & |S21|dB avec He, hors vide |S21|dB, sous vide, filtre 2 |S21|dB sous vide & |S21|dB avec He hors vide Département MINACOM 11 Clément THIBON DERNIER RÉSULTATS, MÉTHODES DE MESURES [1] Département MINACOM 12 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [1] 9 Résultats Méthode de mesure n°1: Décalage en fréquence |S21| hors bande quasi-conforme |S11| dans la bande trop élevé Mauvaise reproductibilité Ondulation de |S21| dans la bande non mesurable Temps de Propagation de Groupe (TPG) non mesurable ¾ Mesures sous vide + mesures dans les conditions réelles d’utilisation - Durée des mesures ¾ Mesures hors vide + mesures rapides et valables avec surpression d’Hélium - Nécessité d’utiliser de l’Hélium Département MINACOM 13 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [2] Utilisation de la station sous pointes cryogénique Accès non utilisé Pointe cryogénique Enceinte sous vide Mesure Température Vers VNA Vers VNA N2 Département MINACOM Accès multipointes (pour système actif) 14 N2 Pompage éventuel Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [2] Packaging pour la deuxième méthode de mesures Filtre SHTC Capot de blindage Accès coplanaire Accès coplanaire Blindage latéral Département MINACOM 15 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [2] Standards étalons pour pointes cryogéniques Système pour remonter aux paramètres S du filtre blindé seul Étalonnage des sondes en température ¾ Mise sous vide ¾ Étalonnage des pointes cryogéniques ¾ Mesure des différents circuits ¾ Envoie des données sur PC : extraction des paramètres S du filtre blindé seul Département MINACOM 16 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [2] Extraction des paramètres S du filtre seul Département MINACOM 17 Clément THIBON MÉTHODES DE MESURES [2] 9 Résultats Méthode de mesure n°2: Décalage en fréquence |S21| hors bande quasi-conforme |S11| dans la bande trop élevé Ondulation de |S21| dans la bande mesurable TPG mesurable Mesures réalisées dans les conditions des simulations ¾ Difficulté de mise en oeuvre ¾ Caractérisation d’un filtre = 1 jour (minimum) Département MINACOM 18 Clément THIBON CORRECTIONS A APPORTER 9Méthode de mesures validée Défauts liés au développement (décalage fréquentiel, |S11|): Contraction du SHTC et du substrat CdYBaCuO= 12.10-6/K CdLAO= 10.10-6/K 3336 µm 3344 -220 K (1+Cd1⋅ΔT −1) Δf = f0⋅ Département MINACOM 19 3327 µm 3336 = 11 0 MHz MHz Clément THIBON CORRECTIONS A APPORTER Variation de la hauteur et de la permittivité du substrat Δf ≈ 10 MHz à 4GHz εr = 23,6 23,5 Variation de la hauteur du substrat de 5 µm → Δf ≈ 3 MHz Département MINACOM 20 Clément THIBON CORRECTIONS A APPORTER Défauts liés à la simulation ¾ Choix du compromis résolution du maillage/temps de simulation 30 c/λ (8h) 40 c/λ (20h) Δf≈30 MHz Département MINACOM 21 Clément THIBON CONCLUSIONS ¾ Méthode de mesures en station cryogénique concluante ¾ Nécessité d’apporter des corrections lors du développement du filtre : 9 Agrandissement du lay-out avant gravure 9 Bonne connaissance de la hauteur et de la permittivité du substrat 9 Simulation à effectuer avec un maillage plus fin ¾ Potentiel important pour ce type de filtre Département MINACOM 22 Clément THIBON MERCI POUR VOTRE ATTENTION C. THIBON – S. COURREGES – H. JALLAGEAS – V. MADRANGEAS M. MAIGNAN – C. LAPORTE – C. ZANGHI Département MINACOM 23 Clément THIBON
