Intégration de micro-plasmas sur circuits planaires pour la
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Intégration de micro-plasmas sur circuits planaires pour la
Proposition de sujet de thèse Intégration de micro-plasmas sur circuits planaires pour la reconfigurabilité des émetteurs de moyenne puissance Mots clés : Emetteurs de télécommunications, antennes, circuits micro-ondes, reconfigurabilité, micro-décharges plasma. 1. Contexte et problématique Au cours de la dernière décennie, la multiplication des protocoles de communication sans fils a orienté les recherches dans le domaine des circuits et antennes micro-ondes vers des solutions compactes et reconfigurables (e.g., en fréquence, diagramme de rayonnement, …). Pour des signaux de faible puissance micro-onde (i.e., inférieure au Watt), la reconfigurabilité est apportée par l’utilisation d’éléments actifs localisés (e.g., diodes, MEMS RF, …) ou de matériaux contrôlables (e.g., ferrites, cristaux liquides, …). Pour des systèmes fonctionnant à des puissances micro-ondes plus élevées, correspondant typiquement à des problématiques d’émission pour les télécommunications, les possibilités de reconfigurabilité restent toutefois très limitées. À très forte puissance micro-onde (Mégawatt en puissance moyenne), seule la technologie plasma a été éprouvée pour une reconfigurabilité rapide grâce aux tubes T/R (Transmit/Receive), utilisés pour la protection de récepteurs RADAR. Dans ces dispositifs, lorsque le niveau de puissance micro-onde traversant des tubes emplis de gaz atteint une valeur seuil, le gaz s’ionise et ce changement d’état engendre une modification de l’interaction avec l’onde électromagnétique. Cependant, l’utilisation du plasma reste aujourd’hui limitée à la technologie des guides d’ondes métalliques creux. Dans ce travail de thèse, nous souhaitons exploiter les interactions non-linéaires entre le signal micro-onde de forte puissance à émettre et des micro-décharges plasmas intégrées dans les circuits ou antennes micro-ondes de l’émetteur (e.g., émetteur de télécommunications, RADAR, …) pour obtenir sa reconfigurabilité. Une telle problématique adresse un ensemble de compétences à l’interface entre la physique des plasmas et les micro-ondes. Elle concerne aussi bien des problématiques amont que des considérations d’ingénierie. 2. Travail de thèse Le travail à réaliser au cours de ce projet doit permettre de progresser en deux tâches de recherche qui structureront les activités de la thèse. 1 2.1. Caractérisation des micro-décharges plasmas. Lors de nos précédents travaux, nous avons identifié une topologie de décharge intéressante pour les applications visées : la Micro-hollow Cathode Sustained Discharge (MCSD). Cette micro-décharge plasma a été conçue à l’origine pour fonctionner à la pression atmosphérique dans des dimensions micrométriques pour des applications en traitement de surface ou encore en médecine. Elle existe sous des formes géométriques ou des pressions de fonctionnement sensiblement différentes, autant de degrés de libertés qui doivent faciliter son intégration dans un dispositif micro-ondes. Cette tâche a pour objectif de quantifier les grandeurs caractéristiques de ces microdécharges. L’influence de la puissance micro-onde sur le déclenchement et l’entretien du plasma sera particulièrement étudiée. Idéalement, un modèle électrique équivalent contenant les paramètres chauds de la micro-décharge sera développé. Les configurations identifiées seront les briques de base pour la suite de la démarche. 2.2. Identification et développement de dispositifs micro-ondes reconfigurables. Cette tâche consistera dans un premier temps à passer en revue les topologies microondes planaires standards pour identifier leurs avantages et inconvénients en regard des objectifs visés. L’identification des structures les mieux adaptées ne pourra être efficace qu’en connaissance des caractéristiques électriques et géométriques des micro-décharges plasma précédemment sélectionnées. On se focalisera ensuite sur l’élaboration des fonctions micro-ondes passives et reconfigurables (i.e., antennes, déphaseurs, coupleurs, commutateurs, …). Ces circuits devront naturellement exhiber les deux caractères recherchés de reconfigurabilité et de tenue en puissance. On cherchera une caractérisation exhaustive des prototypes en termes de performances radio électriques, de bruit et de non linéarité. 3. Environnement de la thèse Connaissances souhaitées : Electromagnétisme, circuits micro-ondes, antennes et/ou plasmas froids. Compétences souhaitées : Mesures micro-ondes (VNA, analyseur de spectre), modélisation électromagnétique (Ansys HFSS, Agilent ADS). Lieu : Ce travail aura lieu dans les laboratoires ISAE-DEOS (Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace – Département Electronique, Optronique, Signal) et LAPLACE (LAboratoire PLAsma et Conversion d’Energie) situés à Toulouse. Durée : 3 ans à partir d’Octobre 2015. Financement : Bourse de thèse financée par la COMUE Université de Toulouse Midi-Pyrénées. Contacts : Les étudiants intéressés peuvent envoyer CV et lettre de motivation à • Thierry CALLEGARI : [email protected] • Romain PASCAUD : [email protected] 2