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L’étape suivante est également une simulation circuit mais qui va cette fois utiliser, non plus des filtres basés directement sur une matrice de couplage, mais un circuit complet de filtre

intégrant notamment des pertes sur les résonateurs ainsi que l’ensemble des couplages

(classiques + parasites), proposant alors une version beaucoup plus réaliste d’un filtre. Cette

version réaliste de filtre a été développée par Aurélien Périgaud dans le cadre de sa thèse [1].

Feuray William | Thèse de doctorat Electronique des Hautes Fréquences | Université de Limoges | 2017

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Le but de cette seconde étape est donc de nouveau de satisfaire au cahier des charges, mais avec

les nouveaux circuits équivalents des filtres.

Figure 96 : Schéma équivalent ADS® d’un filtre réaliste intégrant notamment les pertes et les couplages parasites

Hormis ce changement de circuit équivalent pour les deux filtres du système, le reste du

circuit complet ne change pas. Là-aussi, l’optimisation permet d’atteindre l’objectif visé d’une

adaptation à 20 dB pour les deux filtres et dans les trois états. On peut remarquer que les courbes

montrent plus de résonances manifold en dehors de la bande de travail que lors des simulations

précédentes, tant pour les résultats optimisés que pour ceux de départ : ces couplages parasites

pris en compte dans la simulation sont autant de ‘chemins’ suivis par l’onde électromagnétique,

et donc de capacité à générer des phénomènes de résonances entre les discontinuités.

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Figure 97 : Courbes des paramètres S en dB des trois états avant optimisation (à gauche) et après optimisation (à droite) en simulation ADS® avec des filtres réalistes

De par le réalisme plus élevé de la simulation, les impédances présentées par les filtres au

manifold ne sont pas les mêmes que pour des filtres dits « parfaits ». Ainsi, une modification

d’impédance sur le manifold modifie également les intéractions des champs EM dans le

manifold et donc les variations constructives ou destructives des phases. C’est aussi de cette

manière que les résonances parasites vues sur cette simulation ne sont pas les mêmes que pour

la première.

Ce modèle ‘circuit’ est couramment employé dans les phases d’optimisation de filtres

adaptés aux 2 accès sur des charges 50 ohms. La charge du filtre dans un multiplexeur est plus

complexe, et les résonances parasites du manifold sont très sensibles à la charge que

représentent les filtres. Il est donc nécessaire de mesurer la validité et l’intérêt de ce modèle par

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une simulation 3D. Nous avons employé à ce niveau le logiciel HFSS

®

. Le but étant

principalement d’assurer la comparaison entre les deux types de simulation, ce travail est

uniquement effectué sur l’état 1 du multiplexeur.

Figure 98 : Comparaison des courbes des paramètres S en transmission en dB des deux filtres montés en multiplexeur pour l’état 1 entre la simulation circuit ADS®

et la simulation EM 3D HFSS®, avec en bas la vue globale du multiplexeur sur HFSS®

On constate la présence de résonances parasites, mais surtout que ces résonances ne sont

pas placées aux mêmes fréquences pour les deux types de simulation. Pour le filtre 1, la

simulation circuit ne montre pas de résonance, alors que c’est le cas pour la simulation EM 3D.

Pour le filtre 2, les deux montrent une résonance mais avec un décalage fréquentiel. Ces

différences traduisent un décalage au niveau des phases en transmission, de la même manière

que lorsque l’on compare les simulations circuits « idéale » et « réaliste ».

Pour le vérifier, on compare les phases en transmission des deux filtres du multiplexeur

dans l’état 1 pour les simulations circuit ADS

®

et EM 3D HFSS

®

. On constate alors un décalage

important entre les résultats, et ce pour les deux filtres, ce qui pourrait expliquer pourquoi on

ne retrouve pas les mêmes résonances parasites sur le multiplexeur. En ajoutant un terme de

phase supplémentaire sur la simulation circuit, on arrive à égaliser au mieux les courbes des

phases sur la majorité de la bande de chaque filtre, comme on peut le voir sur la Figure 99. Les

valeurs nécessaires pour égaliser les courbes de phases sont de -110,1° pour le filtre 1 et 103,4°

pour le filtre 2 à la fréquence centrale.

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Figure 99 : Comparaison des phases en transmission en degré des filtres de l’état 1 du multiplexeur entre la simulation circuit (en rouge) et la simulation EM 3D (en bleu) avec les phases des filtres

avant correction (à gauche) et après correction (à droite)

Avec l’ajout de ce terme correctif sur la phase des filtres, on arrive donc à obtenir quasiment

le même comportement en phase pour les filtres entre les deux types de simulation. Pourtant,

lorsque l’on simule de nouveau le multiplexeur avec ce terme correctif en plus, on ne retrouve

toujours pas les mêmes réponses entre les deux types de simulateur : le modèle circuit, dans

notre cas, n’est pas assez précis pour permettre une simulation correcte du phénomène de

résonance manifold.

Figure 100 : Comparaison des courbes des paramètres S en transmission en dB des deux filtres montés en multiplexeur pour l’état 1 entre la simulation circuit ADS®

et la simulation EM 3D HFSS® après l’ajout du terme de phase correctif sur la simulation circuit

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Un travail important serait donc à effectuer pour développer un modèle de filtre circuit

compatible à une intégration dans un multiplexeur, et permettant une optimisation efficace. Par

manque de temps dans une période où l’avancement de la maquette devenait plus pressant, le

choix a été fait de ne pas pousser plus loin les investigations sur cette simulation circuit, mais

de tester un autre type de simulateur. En effet, l’optimisation directe d’un multiplexeur avec un

logiciel de simulation EM 3D de type HFSS

®

ou CST

®

est quasiment impossible au vu du temps

de simulation nécessaire. Une simple analyse prend environ deux heures pour la simulation du

multiplexeur sans même ajouter des pertes métalliques et en utilisant un processeur récent avec

32 Go de mémoire vive, sachant que cette analyse est à renouveler plusieurs centaines de fois

au moins pour l’optimisation d’un seul état.

Le simulateur alors utilisé, Microwave Wizard™, est un logiciel de simulation pseudo-EM

de type « mode-matching » (MWW™ pour la suite) [2]. Il est une sorte de compromis entre les

deux précédents types de simulateur dans le sens où il est procédé à une segmentation de la

structure analysée ; chaque segment est traité de manière exacte par une méthode analytique ou

par la méthode des éléments finis, et une décomposition modale permet de connecter les

segments entre eux. Ce logiciel allie ainsi une grande vitesse de simulation et d’optimisation

(proche de celle du simulateur circuit) tout en ne procédant pas à des approximations dans

l’analyse électromagnétique, permettant ainsi de fournir des réponses de simulation avec

quasiment le même réalisme que celles de logiciels comme HFSS

®

. MWW™ est très utilisé

pour la conception de filtres et multiplexeurs volumiques, constitués essentiellement par une

association en cascade de segments de guides rectangulaires ou cylindriques. Cependant, les

topologies aptes à être traitées par cette approche modale sont de complexité et de généricité

plus réduites que par les approches 3D classiques.

En simulant le même multiplexeur sur MWW™ et en comparant les résultats des