Contribution à l’étude de micro-dispositifs de protection des circuits radiorécepteurs aux impulsions hyperfréquences de puissance associant microtechnologies et phénomènes d’émission électronique

Development of microcomponents based on microtechnologies and electron emission phenomenon for radio receiver protection against high power radiofrequency pulses

• Auteur / Autrice : Alain Phommahaxay
• Direction : Gaëlle Lissorgues, Tarik Bourouina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université de Marne-la-Vallée (1991-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guerre électronique

Émission électronique

Résumé

Les futurs systèmes d’écoute pour la Guerre Electronique auront à résoudre des problèmes de plus en plus ardus liés à deux types de contraintes : • détecter et reconnaître des signaux de plus en plus variés en puissance et en fréquence, • se protéger contre les dispositifs de brouillage. La fonction d’un limiteur de puissance, placé immédiatement après une antenne réceptrice, est d’éviter la saturation ou la mise hors fonction des éléments sensibles situés en aval, en particulier la chaîne d’amplification à faible niveau. Diverses technologies, incluant les matériaux ferroélectriques, supraconducteurs ou bien l’utilisation de semiconducteurs, seront analysées et comparées avec les spécifications. Il s’avèrera que ces technologies ne répondent pas au cahier des charges lié aux applications militaires ou aéronautiques. Le limiteur proposé s’appuie ainsi sur la dissipation progressive d’une onde électromagnétique le long d’une ligne de transmission chargée par une distribution de diodes à vide. Compte tenu de leur sensibilité à l’environnement, une encapsulation spécifique a été développée en associant couplage électromagnétique et soudure entre deux substrats afin de garantir une herméticité totale des dispositifs. En effet, la puissance pourra soit être dissipée par émission électronique par effet de champ, soit par la formation d’une décharge plasma. La prépondérance de l’un ou de l’autre phénomène dépendra alors de l’environnement d’encapsulation. Les performances hyperfréquences des dispositifs ont également été évaluées entre 0 GHz et 40 GHz. Les pertes d’insertion liées à l’encapsulation et aux parties limitatrices ont ainsi été évaluées. Des limiteurs de puissance à très faibles pertes par rapport aux autres technologies peuvent ainsi être obtenus. L’étude en puissance de ces limiteurs a également été menée jusqu’à deux kilowatts en bande X. Les résultats de ces mesures montreront une limitation effective de la puissance et la validité du concept de limiteur de puissance basé sur l’utilisation d’électronique sous vide

Future electronic warfare systems will face new challenges : • to detect and recognize various signals with broader frequencies and with lower power levels, • to be insensitive to jamming systems. A power limiter placed right after a receiving antenna is aimed at avoiding saturating or damaging sensitive components such as low noise amplifiers. Various power limiter technologies including ferroelectric, superconducting materials or semiconductors have been reviewed and compared to the specifications. None of them seems to fulfil all the requirements for aeronautics or military scenarios. The proposed limiter is thus based on progressive microwave power dissipation along a transmission line by distributed vacuum diodes. Given their sensitivities to the environment, a proper package has been developed based on silicon-glass anodic bonding and electromagnetic coupling to ensure hermeticity. Indeed depending on the packaging environment power will be dissipated by either electron field emission or plasma discharge. Performances have been measured between 0 GHz and 40 GHz. Insertion losses coming from the package and the power limiter itself have been evaluated. Low loss power limiter can be obtained. High power evaluations have also been studied up to 2 kW in X-band. Recordings have indicated effective power limitation and demonstrated the proof of concept of power limiter based on vacuum electronics