Revêtements carbones nanométriques pour la protection multipactor d'équipements RF embarqués dans les satellites

Nanoscale carbon coating for Multipactor protection of RF equipment's embedded in satellites

• Auteur / Autrice : Alejandro Buitrago Bernal
• Direction : Éric Rius, Jean-François Favennec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, télécommunications
• Date : Soutenance le 26/10/2022
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Xavier Castel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Rius, Jean-François Favennec, Xavier Castel, Serge Verdeyme, Eric Kerhervé, Jessica Benedicto, Damien Pacaud, Mohamed Belhaj
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Verdeyme, Eric Kerhervé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

Émission électronique

Radiofréquences

Matériaux nanostructurés

Mots clés libres

Multipactor

Revêtements carbones

Filtres RF

Résonateurs coaxiaux aux sautes d’impédance

Multipactor

Carbon coatings

RF filters

Coaxial stepped impedance resonators

Résumé

Dans les communications par satellite, des nouveaux cahiers des charges avec des puissances plus élevées sont une conséquence des débits de données élevés et plusieurs utilisateurs. Tout dans des plateformes moins encombrantes et plus légères. Un des inconvénients dans des équipements plus petits et une puissance élevée est l’effet multipactor. L’effet multipactor se présente dans le vide sous certaines conditions électromagnétiques en résultant en une décharge d’électrons entre les murs métalliques des composants RF. Les décharges d’électrons peuvent endommager les différents composants et même le système complet, résultant en las mise hors du service du satellite. Ce travail présente l’étude des revêtements nano-carbones comme solution pour empêcher l’apparition de l’effet multipactor dans des composants RF. Les propriétés de ces revêtements, comme la conductivité électrique et l’émission secondaire d’électrons, ont été caractérisées et prises en compte dans de simulations électromagnétiques et de puissance des différents filtres hyperfréquences. Les résultats de ces simulations, ont montré l’intérêt d’utiliser ces revêtements comme stratégie pour empêcher l’apparition de l’effet multipactor. Finalement, dans ce travail l’intégration de ces revêtements dans les diffèrent topologies de filtres a aussi été étudiée et comparée.

In the field of satellite telecommunications, the requirement for an increase of transmission power is a consequence of an increase in the digital bit rates and number of users. This is also accompanied by the need of more compact devices in order to reduce the size and weight of the satellites. The main inconvenience in high power requirements and smaller sizes is the multipactor effect. This effect is manifested in the vacuum and under certain electromagnetic conditions, resulting in an electron discharge inside the RF devices. These discharges can damage the devices and the complete system, causing the satellite to be out of service.This work presents the study of nanoscale carbon coatings as a solution method for increasing the maximum power handling in microwave structures and particularly RF filters in Tx stage. The nanoscale carbon coatings properties, like electrical conductivity and secondary emission yield, were characterized and integrated in RF and power simulations of different RF filters. Results showed that these coatings are an efficient way for protecting structures from multipactor discharges. In addition, this work considers the integration of these coatings in different filtering structures and discussed their limitations.