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Thème MicroOndes / Plasma

par Olivier Pigaglio - publié le , mis à jour le

La prévalence des études qui exploitent des plasmas témoigne également de l’ambition de jeter les bases d’une ingénierie MicroOndes / plasma. Cela représente indiscutablement un marqueur fort du groupe que a été développé ces dernières années, en partenariat très étroit avec le groupe LAPLACE-GREPHE au travers de l’action transversale 3EP (Electromagnétisme Electrodynamique Energétiques et Plasmas) du laboratoire.

Outils de simulation dédiés

Le GRE participe au projet ANR MACOPA (Méthodes Asynchrones pour la Combustion et les Plasmas Atmosphériques), associant IMFT, IRIT, LAPLACE et ONERA, dont l’objectif est de fournir une librairie fortran 90 capable de simuler des problèmes multi-physiques et surtout multi-échelles par l’utilisation d’une approche dite “asynchrone” : le pas de temps du schéma numérique peut différer d’une cellule à l’autre de la discrétisation spatiale du domaine de calcul. Dans ce projet, le GRE s’implique plus spécifiquement dans le développement des modules concernant les équations de Maxwell et incluant le couplage avec les plasmas. Ces différents développements sont en cours de validation en espérant pouvoir en faire un outil d’aide à la conception pour certains dispositifs micro-ondes/plasma que souhaite développer le groupe.

Antennes et filtres reconfigurables

En appui avec les chercheurs de l’équipe LAPLACE-GREPHE et un chercheur de l’ISAE, le groupe a initialisé une stratégie de co-intégration visant à insérer des micro décharges dans des circuits planaires. Des topologies capables de magnifier l’effet du plasma ont d’abord été identifiées pour être ensuite caractérisées dans de larges gammes de paramètres microondes (fréquence) et plasma (composition gazeuse, pression). Ce travail a permis d’intensifier considérablement cette interaction et de proposer de l’exploiter dans le cadre de l’insertion très originale d’une protection antennaire contre les agressions HPM (High Power Micro-wave). La faisabilité a ainsi pu être démontrée expérimentalement dans le cadre d’une thèse. Les images ci-dessous présentent successivement : la configuration électromagnétique d’émission et réception, l’environnement confiné et contrôlé en pression et composition gazeuse, l’antenne activée puis le diagramme de la puissance reçue en fonction de la puissance émise, dont la discontinuité caractérise l’allumage du plasma et la protection de l’antenne.

Protection d’une antenne contre les agressions HPM

En appui sur les compétences acquises dans les domaines des ondes de surface et des plasmas, une stratégie originale a été proposée afin de réaliser une antenne à balayage à onde de fuite. En exploitant le contrôle de la densité électronique qu’offre le plasma, il devient en effet possible de balayer un large secteur angulaire comme cela a été montré par la modélisation.

C’est cette même approche, de recherche de l’accord en fréquence de filtres, qui a motivé l’utilisation du plasma comme matériau à propriétés électriques contrôlables. Initialement orientés vers la modification de permittivité du matériau, les choix technologiques se sont portés vers l’utilisation du plasma dans sa phase conductrice. Dans ce cadre, deux types de dispositifs ont été développés :

  • des filtres pseudo-volumiques SIW dont les topologies ont été élaborées afin de minimiser l’impact des pertes du plasma, réputées importantes, configuration multi cavitaire. Les résultats simulés sont présentés ci-dessous ;

Filtre SIW accordable à plasma

Filtre SIW accordable à plasma
  • des micro-commutateurs hybrides (planaires - SIW) qui tirent profit tant de la conductivité du plasma (diminution du coefficient de couplage à travers l’iris) que des pertes du plasma pour améliorer la dynamique d’isolation du commutateur. Un éclaté de la ligne ainsi que les résultats simulés aux états off et on du plasma sont présentés à la suite.






















Micro-commutateur à plasma



Technologies émergentes

Pour assurer tant les performances électriques que la reconfigurabilité des dispositifs nous développons des technologies en rupture avec les voies classiques. Parmi celles-ci, les technologies plasma, bien que délicates à mettre en oeuvre, sont au coeur de nos préoccupations. Elles permettent d’assurer un contrôle des paramètres physiques du plasma et, par conséquent, une modification du comportement de l’onde avec laquelle il interagit. Ainsi, nous adressons des fonctions telles que des micro-commutateurs, des antennes, des filtres accordables ou des multiplexeurs, qui tirent profit de la vitesse de commutation du plasma.

Prototype de démultiplexeur BIE - Plasma

Prototype de démultiplexeur BIE - Plasma

Filtre SIW accordable à plasma

Filtre SIW accordable à plasma



Posters A4 sur ces activités

Caractérisation de plasma
Circuits accordables à base de plasma