Les systèmes de réception radiofréquences et microondes sont susceptibles d'être fortement détériorés en cas d'agressions électromagnétiques de forte puissance (HPM). Généralement, l'utilisation de limiteurs de puissance microonde intégrant des diodes PIN ou des MEMS permet leur protection.
Cependant, ces composants demeurent fragiles lorsque ces menaces atteignent des puissances trop importantes. Par conséquent, de nouvelles études exploitant les plasmas de décharge comme élément de limitation ont vu le jour.
Ces systèmes de limitation à base de plasma reposent sur l'interaction non linéaire entre l'onde électromagnétique incidente et le plasma. Ce type d'interaction a déjà été largement utilisé dans les tubes T/R (Transmission/Réception) en technologie guidée.
Dans ces travaux de thèse, nous étudions la possibilité d'utiliser des décharges plasmas localisées à une dizaine de millibars dans l'argon afin de concevoir des systèmes de limitation de puissance microonde en technologie circuit imprimé. Ainsi, après avoir choisi et caractérisé cette décharge localisée, trois limiteurs de puissance microonde ont été étudiés en bande S. Un premier dispositif de test large bande a été conçu en technologie microruban. Au moyen d'une campagne de caractérisation expérimentale, le caractère absorptif du dispositif ainsi que la dynamique temporelle particulière de la décharge ont pu être mis en évidence. Par la suite, un dispositif bande étroite a été conçu en technologie microruban afin de comparer les effets de la résonance microonde sur les caractéristiques de limitation. Ces effets ont alors conduit à un limiteur de type réflectif plus rapide. Enfin, un dispositif additionnel a été conçu en technologie microruban suspendue afin de pouvoir interpréter analytiquement et numériquement les mécanismes observés expérimentalement. Ces analyses ont alors permis de quantifier les paramètres plasma de la décharge et d'obtenir des informations sur le couplage non-linéaire plasma/microonde. |
When a high power microwave (HPM) threat impinges on typical receiver systems, they can be strongly deteriorated. Microwave power limiters using PIN diodes or MEMS are commonly involved to protect them. However, these integrated components remain fragile when the incident microwave power becomes more important. Recently, limiters based on plasma discharges have been proposed to handle very high power threats. These systems are based on the nonlinear interaction between the plasma and the incident electromagnetic wave. These interactions have already been widely used in T/R (Transmit/Receive) tubes in waveguide technology. Here, we propose to use localized plasma discharges at around ten millibar of argon to design microwave power limiting devices in printed circuit technology. Hence, after having characterized this localized plasma discharge, three microwave power limiters have been studied in the S-band. A first microstrip wideband test device has been designed. Through an experimental campaign, the absorptive behaviour of the device and the particular temporal dynamics of the discharge have been highlighted.
Then, a microstrip narrowband device has been designed to compare the effects of microwave resonance on limiting characteristics. It has led to a faster and reflective type limiter. Finally, an additional device has been designed in suspended microstrip technology to compare analytical and numerical results with experimentally data. Plasma parameters of the discharge and valuable information on the non-linear plasma/microwave coupling have thus been obtained. |