Thèse soutenue en 2018 - Temps-Fréquence

Résumé de la thèse

Ce travail de thèse, encadré par le laboratoire FEMTO-ST et co-financé par le CNES et la région Franche-Comté, a eu pour but la réalisation de banc de mesure de bruit de phase couvrant trois décades de fréquences, entre 5 MHz et 5 GHz, ainsi que la mesure du bruit de résonateurs MEMS.

Le bruit de phase des composants radiofréquences et hyperfréquences est une problématique classique du domaine métrologique "temps-fréquence". Pourtant, certains mécanismes à l’origine de la génération de ce bruit sont encore mal connus, voire même controversés. C’est le cas du bruit propre des résonateurs piézoélectriques ou mécaniques. Or, lorsque l’électronique amplificatrice du circuit oscillant est très optimisée, le bruit de ces composants représente le bruit ultime de la source de fréquence. Il est donc essentiel de l’étudier en détail.

Le travail de cette thèse traite ce problème principalement sous l’angle métrologique. Une grande partie de ce travail a consisté à développer et à améliorer des bancs de mesure de bruit de phase, capables de rendre compte du comportement de ces composants. Deux bancs de mesures basés sur la technique interférométrique ont été réalisés et ont permis de mesurer des dispositifs entre 5 MHz et 5 GHz. Parmi les résonateurs MEMS mesurés, se trouvent des résonateurs à ondes de surface (SAW), des résonateurs à mode de contour (CMR) et des résonateurs à ondes de volume à mode harmoniques élevés (HBAR).

Pour le cas où il n’est pas possible de tester simultanément deux résonateurs identiques, l'utilisation de sources à très faible bruit de phase est nécessaire, comme les oscillateurs saphir cryogéniques disponibles au sein du département TF. Le problème de ces sources est qu’elles délivrent un signal en gamme micro-onde et que leur utilisation en gamme RF nécessite une électronique de division de fréquence optimisée en bruit. Ainsi, une partie de ces travaux de thèse est consacrée à la synthèse de fréquence à faible bruit de phase, plus particulièrement à la réalisation et à la caractérisation de diviseurs régénératifs de fréquence d’ordre entiers ou fractionnaires. Des diviseurs à l'état de l'art ont été réalisés pour une fréquence de 20 MHz et une architecture de diviseur à double boucle a été proposée puis investiguée afin de présenter des ratios de division fractionnaires.