VI.3/ Le filtre passe-bande
VI.3.4/ Réponse du filtre après épluchage TRL Comparaisons
Pour caractériser le filtre sur membrane, en excluant les accès et transitions sur substrat massif, nous avons procédé à un calibrage TRL tel que décrit au § V.4.1.b. En toute rigueur, nous aurions dû fabriquer un jeu d’étalons exactement adaptés aux dimensions du filtre d’impédance 75 Ω. Mais comme les dimensions d’entrée du filtre (w = 250 µm, s = 25 µm) sont voisines de celles de la ligne de transmission 75 Ω (w = 300 µm, s = 27 µm), nous avons réutilisé le jeu d’étalons TRL de la ligne 75 Ω.
VI.3.4.a) Caractérisation du filtre sur membrane
La Figure VI.16 présente les évolutions fréquentielles des modules des paramètres S mesurés pour la transmission (a) et pour la réflexion (b) avec rappel en pointillés des résultats obtenus par simulation du filtre sur membrane.
Nous constatons une concordance générale meilleure que précédemment. Les fréquences centrales et les largeurs de bande ne diffèrent plus que de 0,5 GHz ; et le niveau du plateau ne diffère plus que de 1 dB.
filtre simulé filtre mesuré
40 MHz 65 GHz (a) 0 -50 40 MHz 65 GHz 0 -50 (b) fréquence fréquence S11 (dB)
Figure VI.16 : Modules des paramètres S du filtre de référence sur membrane (a) : transmission ; (b) : réflexion
La légère dissymétrie entre S11 et S22, attribuable à la dissymétrie du motif lui-même (que nous avons décelée pour le filtre muni de ses accès (§ VI.3.3.b) est plus marquée sur la courbe de réflexion du filtre sur membrane comme le montre la Figure VI.17. On pouvait s’y attendre puisque les accès et transitions sont parfaitement symétriques et contribuent donc à la symétrie du dispositif complet.
0 -50 S11 S22 40 MHz 65 GHz S11 (dB) fréquence S22 (dB)
VI.3.4.b) Caractérisation des accès
La Figure VI.18 compare l’évolution fréquentielle en transmission (a) et en réflexion (b) des modules des paramètres S du filtre avec puis sans les accès. Nous observons une augmentation générale du niveau des 2 coefficients, attribuable à l’élimination des pertes dans les accès. En particulier le facteur de transmission dans la bande passante monte de -2,4 à -1,0 dB. La largeur de bande à -3 dB diminue de 1 GHz. 0 -50 0 -50 (a) (b)
mesure comprenant le motif sur membrane + les accès et transitions mesure comprenant le motif sur membrane uniquement
40 MHz 65 GHz 40 MHz 65 GHz
S21 (dB) S11 (dB)
fréquence fréquence
Figure VI.18 : Comparaison des paramètres S du filtre avant et après calibrage TRL (a) transmission ; (b) réflexion
Rappelons que les accès et transitions ont été développés uniquement dans le but de pouvoir procéder à des mesures sur les structures sur membrane. Une voie de réduction des pertes dans les accès a été portée au § V.3.6.
VI.3.4.c) Comparaison des filières du LAAS et de l’Université du Michigan
Avant de rapprocher les caractéristiques micro-ondes du filtre réalisé par le LAAS avec celui du Michigan, nous présentons au Tableau VI.3 les principales différences technologiques entre les 2 filières [Kat. 92n & 92p][Dra. 94m] [Wel. 95t].
Tableau VI.3 : Principales différences technologiques des filtres comparés
filière LAAS filière Michigan
membrane diélectrique épaisseur (nm) permittivité relative en RF SiO2/Si3,2N4 800/600 3,9/8,1
SiO2/Si3N4/SiO2 700/300/400 3,9/7,5/3,9 métallisation épaisseur (nm) technique de dépôt Ti/Au 600+1900 physique généralisé puis électrochimique localisé
Ti/Al/Au 1000 physique localisé
’’lift-off’’
ordonnancement métallisation avant le
La Figure VI.19 présente les modules des paramètres S du filtre micro-blindé (à blindage inférieur) d’après [Wel. 95t]. Les mesures de ce filtre doivent être comparées aux mesures après TRL du filtre du LAAS sans micro-blindage posé sur un support métallique (cf. Figure VI.16)
0 -10 -20 -30 -40 (dB) 10 20 30 40 fréquence (GHz) S11 S21
Figure VI.19 : Transmission et réflexion du filtre micro-blindé d’après [Wel. 95t]
Le Tableau VI.4 présente une comparaison des caractéristiques d’après la Figure VI.16 et Figure VI.19, des filtres réalisés avec les 2 technologies. Nous remarquons la très bonne concordance des 2 résultats de mesure, avec un niveau de plateau de transmission identique. Les quelques différences constatées sont attribuables pour une bonne part à l’imprécision de lecture des courbes publiées par Weller et al Ces résultats montrent que les caractéristiques fonctionnelles du filtre sont très peu sensibles aux différences des filières technologiques.
Tableau VI.4 : Comparaison des caractéristiques des filtres réalisés au LAAS et au Michigan
LAAS LAAS Michigan
avec accès seul seul
niveau moyen du plateau (dB) -2,4 - 1,0 - 1,0
ondulation du plateau crête à creux (dB) < 0,5 < 0,3 < 0,2
bande passante à -3 dB (GHz) 16 15 17
transmission fréquence centrale (GHz) 29 29 28
niveau hors bande (dB)
• à 8 GHz au-dessous du bord inférieur • à 8 GHz au-dessus du bord supérieur
-23 -19
-20
-16 -22 -
niveau moyen du plateau (dB) -21 -16 -16
réflexion • fréquences des pôles (GHz) 26 30
34 25 29 33 23 - 33 niveau hors bande (dB)
• à 8 GHz au-dessous du bord inférieur • à 8 GHz au-dessus du bord supérieur
-2,5 -2,5
-0,5
VI.3.5/ Conclusion
Les résultats obtenus sur le filtre passe-bande peuvent se résumer comme suit :
- la réponse mesurée après épluchage TRL concorde assez bien avec les simulations 2,5 D ; - elle concorde très bien avec celle publiée par l’université du Michigan ;
- la reproductibilité observée sur une vingtaine de filtres est quasiment parfaite ;
- les pertes mesurées avant calibrage TRL sont supérieures à celles prévues par la simulation du filtre pourvu de ses accès ; comme pour les lignes de transmission, nous attribuons ce phénomène à un fonctionnement non purement diélectrique du substrat massif dans les accès. Bien que ces pertes restent d’un niveau proche de l’état de l’art, elles pourraient être réduites selon la voie d’amélioration présentée au § V.3.6.3.
La caractérisation du filtre passe-bande va maintenant nous permettre d’étudier les perturbations éventuelles introduites par un micro-blindage de ce filtre par le capot supérieur décrit au § VI.VI.2/.