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Cette thèse de doctorat s’attache à prouver qu’une nouvelle famille de circuits, appelés circuits N-path, est aujourd’hui une candidate crédible au besoin grandissant de flexibilité et de programmabilité des technologies de télécommunications spatiales. Cette famille de circuit permet en effet d’adresser plusieurs fonctions classiques de l’électronique radiofréquences, comme le filtrage, la démodulation, le déphasage, mais aussi la conversion de fréquence, le tout en présentant intrinsèquement des caractéristiques réglables sur une large gamme de fréquences. Les structures N-path permettent également d’atteindre de bonnes performances en bruit, en encombrement, ainsi qu’en nombre de composants et un circuit N-path peut remplacer plusieurs briques d’un système de communication à haute fréquence traditionnel. Pour faire évoluer les connaissances sur ces circuits qui représentent maintenant une clé d’innovation incontournable, Jacques Sombrin a impulsé, avec l’aide du Centre National d’Études Spatiales, ou CNES, des actions de Recherche et Technologie dont le point central est cette thèse de doctorat, qui s’intéresse tout particulièrement à l’un des circuits N-path les moins connus et pourtant les plus prometteurs, le convertisseur de fréquence N-path. Ce circuit est capable théoriquement de sélectionner par filtration intrinsèque une bande de fréquences en entrée, située autour d’une fréquence centrale et de restituer cette bande autour d’une autre fréquence centrale en sortie, ces deux fréquences étant réglables sur une large gamme fréquentielle. Ce circuit serait donc capable de remplacer les opérations de conversion de fréquence et de filtrage, tout en conservant un encombrement et des performances en bruit raisonnables. Ces travaux de thèse ont débuté par la mesure et l’analyse d’un circuit développé et conçu dans le cadre de stages d’étudiants ingénieurs. Ce circuit, correspondant à la topologie la plus simple du Convertisseur de Fréquence N-path a permis de dégager un ensemble d’analyses permettant de mieux comprendre son fonctionnement, ainsi que d’identifier les bonnes et les mauvaises pratiques de conception qui le concerne. Les résultats ont été confrontés à la simulation du circuit développé pour tirer le maximum de conclusions sur ses points forts et points faibles. L’accent a alors été mis sur le développement d’un modèle mathématique du circuit, alors inexistant. Basé sur les précédents modèles développés pour d’autres circuits N-path comme le filtre N-path, ce modèle, dans sa version de base est capable de décrire les conversions de fréquence principales et parasites à l’œuvre au sein du circuit, ainsi que son comportement passe-bande. Une évolution du modèle a ensuite été développée pour inclure la prise en compte de certaines non-idéalités du circuit. L’exploitation du modèle a permis une compréhension plus fine des mécanismes électroniques à l’œuvre au sein du circuit. Il a enfin permis de dégager des méthodes de conception pour permettre au circuit d’être performant. Enfin, sur la base des travaux de modélisation, de simulation et de mesure, une nouvelle conception basée sur une topologie novatrice du Convertisseur de Fréquence N-path a été proposée. Ce nouveau circuit a pour but d’apporter de nouvelles preuves quant au potentiel dudit Convertisseur à répondre à certains des nouveaux besoins de l’industrie des télécommunications satellitaires. Le circuit contient plusieurs modifications par rapport à la topologie de base d’un Convertisseur de Fréquence N-path, lui permettant d’augmenter encore ses performances. |
