Cavité de type klystron pour des dispositifs micro-ondes

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Cavité de type klystron pour des dispositifs micro-ondes
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Physique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Laboratoire XLIM, Université de Limoges, Faculté des Sciences et Techniques, 123 Av. Albert Thomas, 87060 Limoges
Laboratoire d’accueil : XLIM/MINACOM

Présentation de l’équipe de recherche
Le département Minacom est spécialisé dans la conception, réalisation et test de composants passifs de hautes performances. Les applications visent de nombreux secteurs d’activités comme le domaine des télécommunications spatiales, de la défense et l’électronique grand public.

Résumé de la thèse en français
La cavité considérée est utilisée depuis de nombreuses années dans les dispositifs klystrons pour réaliser des oscillateurs et amplificateurs de puissance. Cette utilisation est due à la forte densité du champ électrique très localisée dans la cavité qui permet de moduler un faisceau d’électrons et donc de construire un signal hyperfréquence. Le sujet proposé dans cette thèse, est de profiter de cette caractéristique de forte densité du champ pour concevoir des dispositifs innovants dans le domaine circuits micro-ondes.

Résumé de la thèse en anglais
The considered cavity is used for many years in the klystron devices to realise oscillators and amplifiers. This use is due to the high density of highly localized electric field in the cavity which can modulate an electron beam and thus to construct a microwave signal. The aim of this thesis topic, is to take advantage of this feature of high density field, to design innovative devices in the field microwave circuits.
Target applications in the work of this thesis are:
The materials caractéristion
Achieving agile frequency devices
Explore new devices based on new materials

Description complète du sujet de thèse
La cavité considérée est utilisée depuis de nombreuses années dans les dispositifs klystrons pour réaliser des oscillateurs et amplificateurs de puissance. Cette utilisation est due à la forte densité du champ électrique très localisée dans la cavité qui permet de moduler un faisceau d’électrons et donc de construire un signal hyperfréquence. Le sujet proposé dans ce stage et dans la thèse qui suivra, est de profiter de cette caractéristique de forte densité du champ pour concevoir des dispositifs innovants dans le domaine circuits micro-ondes.
La caractérisation de matériaux.
Les méthodes conventionnelles généralement utilisées nécessitent dans la plupart des cas d’utiliser des échantillons de larges dimensions afin de couvrir la totalité de la zone où le champ électromagnétique existe. Si à très hautes fréquences, cela ne pose pas de problèmes particuliers, à très basses fréquences il est quasiment impossible de caractériser des échantillons de très petites dimensions. La cavité de type klystron peut être une solution grâce à sa concentration du champ sur de très faibles surfaces. Les caractéristiques de résonance (fréquence et facteur de qualité) sont alors très dépendantes du matériau observé, ce qui permet de déterminer ses propriétés électriques.

La réalisation de dispositifs agiles en fréquences
Une solution pour réaliser des dispositifs agiles en fréquence, consiste à utiliser des matériaux dits «intelligents». Ces matériaux ont des caractéristiques qui varient sous l’effet d’une commande extérieure. Par exemple, les matériaux ferroélectriques voient leur permittivité modifiée par un champ électrique statique extérieur. Avec ce type de matériau de nombreuses réalisations ont déjà vu le jour:
 des systèmes planaires sur des technologies micro ruban ou coplanaires. L’inconvénient de ces solutions porte sur le facteur de qualité qui est généralement très faible.
 des systèmes volumiques de type cavités conventionnelles. Le principal inconvénient est de concevoir la topologie de la structure qui inclue la polarisation du matériau sans détériorer les performances du dispositif.
L’utilisation de cavité de type klystron, par sa topologie, doit permettre de s’affranchir des problèmes de polarisation tout en proposant des facteurs de qualité de l’ordre de grandeur des dispositifs volumiques. Cela permet également d’utiliser des échantillons de faibles dimensions qui sont technologiquement plus simple à réaliser.

Explorer de nouveaux dispositifs à base de nouveaux matériaux
La forte densité, localisée, de champ électrique permet également d’envisager de nouveaux dispositifs mettant en jeu des matériaux dont les propriétés évoluent sous l’action de signaux extérieurs. C’est le cas par exemple de l’oxyde de vanadium pour lequel il a été montré que deux états de fonctionnement (diélectriques ou métalliques) peuvent être obtenus par une commande électrique statique (courant), thermique ou optique. La cavité de type klystron est typiquement adaptée pour effectuer des tests avec des signaux de commande hyperfréquences. A notre connaissance, ce test n’a jamais été effectué et peut conduire d’une part, à aider à mieux déterminer les caractéristiques de ces matériaux et d’autre part à concevoir de nouveaux dispositifs originaux.

Exploiter les propriétés de ces cavités pour miniaturiser les dispositifs
Le fonctionnement de ces résonateurs repose sur des phénomènes distribués (propagation) et localisés (capacité). Dans ces conditions, en jouant habilement sur ces deux principes, il est possible de couvrir un large spectre de fréquences avec des structures de dimensions raisonnables. Suivant l’application, on peut donc favoriser l’effet localisé pour obtenir des fréquences relativement «basses» avec des dispositifs de faibles dimensions, compatibles avec les procédés de microélectronique (dimensions inférieures au millimètre dans la bande 50-100 GHz). Cela autorise donc d’envisager la réalisation de dispositifs (résonateurs, filtres, …) miniatures et donc intégrables à des fréquences relativement faibles avec des procédés de fabrication microélectroniques

Objectifs scientifiques de la thèse
Mettre en place une nouvelle méthode de caractérisation de matériaux permettant la mesure d’échantillons de faibles surfaces sur un spectre de fréquences relativement large. Etudier le potentiel de ces cavités pour réaliser de nouveaux dispositifs micro-ondes

Compétences à l’issue de la thèse
Connaissances approfondies en électromagnétisme et en conception de dispositifs micro-ondes

Mots clés (séparés par des virgules)
Simulation électromagnétique, Caractérisation de matériaux, Dispositifs micro-ondes
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Formation en électronique haute fréquences, physique

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyez CV et lettre de motivation au directeur et codirecteur de thèse

Directeur de thèse
Dominique Cros, professeur Université de Limoges
Adresse mail du directeur de thèse : dominique.cros@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 0555457261

Co-directeur de thèse
Valérie Madrangeas, professeur Université de Limoges
Adresse mail du co-directeur de thèse : valerie.madrangeas@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 0555457254
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : NON

Recherche

Menu principal

Haut de page