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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 20-12-2013
Pizarro Torres Francisco
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Le plasma est un gaz ionisé qui possède des caractéristiques physiques intéressantes dans le domaine des
hyperfréquences. En simplifiant, on peut le caractériser comme un milieu diélectrique dispersif dont la permittivité
est fonction de deux paramètres : la pulsation plasma (wp) et la fréquence de collision électron-neutre (np). En
pratique, ces paramètres dépendent principalement de la densité électronique du gaz et de sa pression. Ainsi, en
contrôlant les caractéristiques du plasma, on contrôle sa permittivité diélectrique, ce qui permet d’envisager son
application dans le domaine de la reconfigurabilité en hyperfréquence.
Parmi les topologies pouvant générer une décharge plasma, nous nous sommes focalisés sur l’utilisation de
topologies récentes, à savoir les microdécharges plasma. Ces microdécharges sont intéressantes de par leur facilité
d’intégration dans un dispositif RF : petite taille, stabilité, température proche de la température ambiante et
perspectives d’utilisation à plus haute pression, voire à la pression atmosphérique.
Devant la difficulté de modéliser précisément l’effet du plasma sur une onde guidée, une approche expérimentale
a été privilégiée. Deux dispositifs de mesure ont ainsi été conçus pour caractériser cette interaction : une
ligne de transmission microruban classique et une inversée intégrant une microdécharge en leurs centres. Grâce au
protocole expérimental mis en œuvre, les paramètres S de la ligne de transmission sont obtenus et comparés à ceux
des lignes sans plasma dans une large gamme paramétrique, qu’il s’agisse de la pression du gaz, de la fréquence
ou encore du courant injecté à la décharge. Les résultats obtenus montrent deux phénomènes particulièrement intéressants
: un déphasage de l’onde électromagnétique en présence de la décharge plasma et / ou une absorption
importante de la puissance par la décharge.
Deux dispositifs antennaires ont finalement été conçus en exploitant ces résultats. Le premier est une antenne
imprimée accordable en fréquence dans une plage de l’ordre du pourcent, grâce à une décharge plasma contrôlée.
Le plasma modifie alors la constante diélectrique entre les deux conducteurs constitutifs de l’antenne. Le
second dispositif est une antenne anneau imprimée qui peut protéger son récepteur d’une attaque microondes de
forte puissance. Ainsi, lorsqu’un champ incident dépasse un seuil prédéfini, réglable dans une certaine mesure par
une tension continue externe, une décharge plasma apparaît au sein de l’élément rayonnant. Elle crée alors de la
désadaptation et de l’absorption qui limitent de façon non linéaire la puissance restituée à l’accès.
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