Réduction des pertes grâce à l'utilisation d'un substrat membranaire

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Chromatographie en phase gazeuse (CG)

La chromatographie en phase gazeuse est une technique séparative. L’appareil se compose principalement de trois parties (figure 1.3) : un système d’injection de l’échantillon du gaz à analyser, une colonne permettant la séparation des produits, un ou plusieurs détec teurs assurant l’identification des composés séparés. Après injection du mélange à séparer, un gaz vecteur entraîne les constituants de celuici v ers les détecteurs, par l’intermédiaire de la colonne. Le gaz vecteur (phase mobile de la colonne) le plus utilisé est l’hélium. L’hydrogène, l’azote et l’argon peuvent aussi assurer cette fonction. La colonne du chromatographe est le siège du mécanisme de séparation. Les matériaux les plus employés pour la colonne sont la silice, les polymères, les zéolites et l’alumine. Lors de sa migration, un composé ayant plus d’affinité avec la phase stationnaire est plus ralenti dans sa migration vers la sortie de la co lonne. Les composés arrivent donc à des moments différents en sortie de la colonne. La tech nique de chromatographie permet la caractérisation d’un grand nombre de COV en une seule analyse [Grob1983]. Cependant, l’analyse précise des gaz présents dans l’échantillon repose sur les performances des détecteurs couplés au chromatographe.

Spectrométrie de masse (SM)

Le spectromètre de masse permet de détecter les molécules et les structures des com posés chimiques par le repérage de leur masse moléculaire [Constantin1986, DeHoffmann1994, Guillot1998]. Le protocole expérimental mis en œuvre dans un spectromètre comporte les étapes suivantes : introduction de l’échantillon sous vide, ionisation (chimique11, par plas ma12 ou par impact électronique), séparation des ions (en fonction de leur énergie cinétique ou du rapport masse/charge électronique), comptage et identification grâce à un ou plusieurs détecteurs (plaques photographiques, multiplicateurs d’électrons, détecteurs microcanaux, photomultiplicateurs, etc.). Les qualités intrinsèques du spectromètre de masse en font un appareil polyvalent adapté à l’analyse sur site, grâce à sa grande flexibilité et sa rapidité d’analyse en temps réel et en continu. C’est une méthode adaptée pour l’analyse de l’ensemble des COV présents dans l’air. Le couplage chromatographe/spectromètre de masse (CGSM) est devenu la technique de référence pour s a grande sensibilité et pour ses possibili tés d’identification [Karpe1995, Solouki2004]. Le tableau 1.3 récapitule quelques résultats de la littérature sur les performances de spectromètres de masse couplés à un chromatographe en phase gazeuse, le COV analysé étant le benzène. Les facteurs de mérite Cmin tacq re levés par la technique CGSM figurent parmi les mei lleurs.

Spectrométrie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR)

Les premiers spectromètres dits dispersifs utilisaient un monochromateur dispersant le spectre incident et fournissant une série continue de bandes électromagnétiques émises dans différentes directions en fonction des longueurs d’onde. Aujourd’hui, ils sont remplacés dans la plupart des applications IR par des spectromètres à transformée de Fourier. Les spectro mètres FTIR les plus répandus fonctionnent selon le principe de l’interféromètre de Michelson. Comme illustré en figure 1.4, la sélection d’une composante spectrale de la source est opérée en ajustant la taille de la cavité par le déplacement du miroir mobile. Cette méthode présente plusieurs avantages par rapport aux spectromètres dispersifs. Elle permet l’analyse d’un spec tre étendu avec un détecteur unique et suivant la sensibilité du détecteur, la FTIR est 100 à 10 000 fois plus rapide que le spectromètre à réseau. Les travaux de W. Fateley [Fateley1995] sur la détection de benzène par FTIR montrent un seuil de concentration détectable de g / m3 pour une durée d’acquisition de 10 ms soit une valeur Cminde 12,5tacq 1,25 g. s1 / 2 / m3 .

L’interféromètre de Michelson est encadré en pointillés rouges.

Spectroscopie par absorption optique différentielle (DOAS)

La technique DOAS [Edner1993], de l’anglais Differential Optical Absorption Spec troscopy, repose sur l’étude de l’absorption des rayons UltraViolet (UV), le long d’un trajet optique dans l’atmosphère de 200 m à 2000 m environ. Le spectre est exploré en longueur d’onde afin d’en extraire les variations rapides (caractéristiques de l’absorption des gaz à ana lyser) et les variations lentes (considérées comme le niveau de fond ou de référence). Les me sures intègrent la moyenne des concentrations le long du trajet optique. Pour la détection du benzène, R. Volkamer [Volkamer1998] atteint, sur une longueur de 2 000 m, un seuil de 0,6g / m3 pour une durée d’acquisition de 1 min soit une valeur Cmin tacqde 4,65g. s1 / 2 / m3 .

LIght Detection And Ranging – DIfferential Absorption LIDAR (LIDAR – DIAL)

Le LIDAR est un radar pour lequel les ondes HF sont remplacées par des ondes opti ques émises par un laser impulsionnel. L’impulsion générée traverse les différentes couches de l’atmosphère avant d’être réfléchie soit par rétrodiffusion sur les molécules de gaz suspendues dans l’air soit par un obstacle topographique. Parmi les techniques de mise en œuvre du LI DAR, il y a l’absorption différentielle par LIDAR (DIAL) qui utilise 2 lasers (IR ou UV) de longueurs d’onde voisines (ou un laser à longueur d’onde variable). La première longueur d’onde0 est caractéristique de l’absorption du gaz à analyser. La seconde longueur d’onde 1 est telle que les phénomènes de diffusion parasites aient les mêmes caractéristiques qu’à l 0 fournissant ainsi le niveau de référence [Toupance2004, Mondelain2001]. Les interférences du bruit de fond atmosphérique sont ainsi réduites. La détermination de la concentration d’un composé chimique dépendra de la différence d’absorption constatée entre les deux lon gueurs d’onde comme illustré à la figure 1.5. Le LIDARDIAL est une technique très intéres sante car elle permet d’établir des cartographies de répartition en 3 dimensions d’une espèce chimique et de s’affranchir de la distance entre la source et le détecteur. Les travaux de Mil ton en 1992 [Milton1992] établissent un seuil de détection du benzène à 31,2g / m3 pour une durée d’acquisition de 25 s soit une valeur Cmin tacq de 156g. s1 / 2 / m3 , ce qui en fait la moins performante des méthodes présentées.

Microcapteur pour la détection de COV : Description

Notre microcapteur est composé d’une antenne en V planaire, d’un filtre sélectif et d’un microbolomètre constituant la charge du filtre. Il est inséré dans une chaîne complète de détection (figure 1.6) comportant une source THz large bande, une cellule gaz et un système de conditionnement et d’acquisition. Le fonctionnement de cette chaîne détection est le sui vant : l’échantillon gazeux contenu dans la cellule gaz est éclairé par la source THz large bande ; après de multiples réflexions dans la cellule gaz, le rayonnement transmis à sa sortie est capté par l’antenne puis transmis via le filtre sélectif au microbolomètre qui le convertit en un signal électrique ; l’électronique de conditionnement assure alors la polarisation du cap teur et la mise en forme du signal. Cette détection est réalisée en bande étroite autour d’une longueur d’onde caractéristique du composé à analyser.
Cette quatrième partie du premier chapitre décrira fonctionnellement chacun des constituants de la chaîne de détection en mettant évidemment l’accent sur les éléments du microcapteur.

Antenne en V planaire

Au niveau de notre microcapteur, le rôle de l’antenne est de capter le champ électro magnétique transmis par la cellule gaz puis de le convertir en un courant haute fréquence ca pable d’échauffer le bolomètre par effet Joule.
La collecte du rayonnement et la conversion de la puissance de rayonnement électro magnétique en un signal électrique sont réalisés séparément par l’antenne et le bolomètre. Cette dissociation de fonctions a permis de réduire la taille des bolomètres et donc accroître leur rapidité sans sacrifier leur sensibilité. Un grand nombre d’articles ont abordé ce sujet et plus particulièrement la recherche de types d’antennes adaptés à ces applications de bolomé trie (IR, FIR et millimétriques). Malgré leur facilité d’intégration, les antennes planaires sur substrat souffrent d’une dégradation de leur gain et de leur directivité comparées aux anten nes en espace libre : l’interface entre les 2 diélectriques air/substrat perturbe la propagation des ondes. Aussi, Rutledge et al ont proposé dès 1978 de coupler une antenne en V planaire à un bolomètre infrarouge. Ce type d’antenne, dont le plan de détection se situe dans le plan de l’antenne, peut être « encapsulé » dans un milieu diélectrique quasi homogène : un superstrat diélectrique vient alors recouvrir l’antenne gravée sur son substrat [Rutledge1978]. Cette an tenne en sandwich a fait l’objet de nombreuses publications et notamment celle de Hwang et al. qui ont obtenu expérimentalement un gain de 7,5 dB. Ils ont également confirmé cette va leur en déduisant du gain théorique idéal de 16 dB, les différents termes de pertes (métalli ques, diélectriques, par réflexion et par réfraction) [Hwang1979].
L’antenne en V planaire étant une adaptation de l’antenne en V filaire, le paragraphe suivant débute par la description et le fonctionnement d’une antenne en V filaire avant d’aborder l’antenne en V planaire. L’hypothèse sans pertes voire à faibles pertes facilitera l’approche de tels dispositifs mais ne nous dispensera pas de traiter le formalisme des pertes dans l’antenne en V planaire, en technologie CPS, au § 2.3.

Source THz

Ce paragraphe présente 3 sources THz de différents types : une source de type élec tronique (la multiplication de fréquence), une source de type optique (Le Laser à cascade quantique LCQ) et une source de type thermique (le corps noir).

Source de type électronique : La multiplication de fréquence

La génération d’harmoniques par des composants non linéaires est une des techniques courantes pour produire les fréquences THz. Le composant le plus utilisé en multiplication de fréquences est la diode varactor Schottky dont les meilleurs rendements sont obtenus dans le cas d’un doublement de fréquence. En pratique, les harmoniques suivantes sont filtrées et des associations de plusieurs doubleurs permettent d’atteindre des fréquences plus hautes. Ainsi, 3 doubleurs montés en série ont permis d’obtenir 1 mW à 800 GHz à partir de 200 mW à 100 GHz, soit un rendement de 0,5% [Chattopadhyay2002]. D’autres chaînes de multiplica tion ont produit 3W à 1740 GHz à température ambiante [Maestrini2004] ou encore 75 W à 1200 GHz et 100 nW à 2,7 THz [Uteza2005]. Il existe aussi la diode HBV (Hete rostructure Barrier Varactor) qui permet grâce à la symétrie de sa caractéristique capacité tension C (V ) de filtrer naturellement les harmoniques paires et de réaliser des tripleurs ou des quintupleurs de fréquences sans polarisation continue [Kollberg1989]. Mélique et al. [Mé lique1999] ont obtenu d’excellents résultats avec ce type de composant avec une valeur de 10 mW à 250 GHz sous 100 mW de pompe. L’avantage de la diode HBV par rapport à la diode Schottky réside dans la possibilité d’en empiler plusieurs sur substrat par épitaxie et d’augmenter les puissances de sortie. Les résultats de Rahal et al. [Rahal1995] montrent que l’empilement de 10 jonctions actives permet d’atteindre une puissance de sortie de 90 mW à 93 GHz.

Source de type optique : Le LASER à cascade quantique (QCL : Quantum Cascade Laser)

Inventés en 1994 [Faist1994], les QCL sont devenus des sources de rayonnement im portantes dans les domaines IR moyen et lointain. Dans les diodes laser classiques, la lumière est produite par la recombinaison des électrons et des trous à travers la bande d’énergie in terdite existant entre les bandes de conduction et de valence du cristal : il s’agit d’une transi tion interbandes (figure 1.21.a). La séparation éne rgétique entre les deux bandes détermine alors la longueur d’onde du laser. Le principe du laser à cascade quantique (QCL) repose, quant à lui, sur l’emploi de transitions intraband es (figure 1.21.b). Ces transitions utilisent un seul type de porteurs : les électrons. Dans un QCL, les électrons commutent entre des états liés, créés par confinement quantique dans des couches alternées ultraminces, appelées puits quantiques, de matériaux semiconducteurs. En jouant sur la structure des puits, il est possible d’avoir plusieurs niveaux d’énergie pouvant être occupés par un électron qui émet des photons lorsqu’il passe d’un état énergétique à un autre. L’espacement entre les états dé pend de la largeur du puits, et augmente quand la taille du puits diminue. Ainsi, la longueur d’onde d’émission ne dépend plus de la bande interdite des matériaux mais plutôt des épais seurs des couches. Cela a permis la réalisation de lasers avec des longueurs d’onde d’émission de 3,5 à 24m en utilisant les mêmes semiconducteurs de base ( InGaAs et AlInAs déposés sur InP), ainsi que la réalisation de lasers émettant dans le THz dans le système de maté riaux GaAs/AlGaAs. Les QCL fonctionnent à basse température jusqu’à 178 K [Belkin2008] à cause d’une énergie de transition optique entre les niveaux actifs plus faible que l’agitation thermique. Les puissances maximales atteintes sont d’environ 100 mW à 10 K.

Source de type thermique : le corps noir

Un corps noir est une source électromagnétique large bande. Idéalement, c’est un ob jet qui absorbe toute l’énergie électromagnétique incidente et qui la réémet sous forme radia tive à spectre continu de façon à garantir l’équilibre thermique. Le spectre d’émission du corps noir dépend de sa température selon les lois de Stefan, Wien et Planck. Dans la prati que, les sources disponibles ne suivent pas exactement les lois du corps noir, leurs rendements lumineux étant plus médiocres. Quelques corps noirs communément utilisés dans la spectro métrie infrarouge sont les suivants: Filament de Nernst : c’est un petit tube de 2 mm de diamètre, et 3 à 4 cm de lon gueur, constitué d’un mélange d’oxydes réfractaires. Il nécessite un chauffage préalable à en viron 300°C ainsi qu’une régulation en courant afin d’assurer une température quasiment constante. La puissance mise en jeu (40 à 60 W) n’impose pas de dispositif de refroidisse ment ;

Microcapteur pour la détection de COV : Description

Filament de nichrome : c’est un alliage non magnétique de nickel et de chrome lar gement utilisé comme résistance chauffante grâce à sa grande résistivité (près de 60 fois celle du cuivre). Le fil de nichrome est bobiné sur une plaque réfractaire et isolante et son émission infrarouge, située entre 2 et 15 m, est suffisante pour les spectromètres classiques. Il est d’utilisation plus simple que le filament de Nernst car il ne nécessite ni préchauffage ni régu lation en température ;
Globar : c’est une baguette en carbure de silicium contenant aussi des oxydes réfrac taires. Ses dimensions sont plus grandes que celles du filament de Nernst : diamètre de 5 à 7 mm, longueur de 4 à 7 cm. Par conséquent, le globar a une surface émissive plus grande que les filamants. En outre, le globar est conducteur à froid, et n’a donc pas besoin de dispositif de préchauffage. Il est chauffé entre 1 500 et 2 000 °C, avec une consommation de 100 à 200 W, et doit donc être souvent refroidi par une circulation d’eau, ce qui est un inconvénient majeur.

Cellule gaz

L’absorption du rayonnement IR par le gaz à analyser se fait dans la cellule gaz dont le choix influe sur la sensibilité de la détection. En effet, la longueur de la cellule détermine le chemin optique du faisceau lumineux dans le gaz. Ce chemin ne doit être ni trop court car l’absorption du rayonnement par le gaz (BeerLamber t) serait trop faible pour pouvoir quan tifier le gaz, ni trop long car le flux transmis serait trop atténué. Dans certains systèmes, il est possible de régler le chemin optique (entre 0,75 et 50 m) sans modifier les dimensions de la cellule grâce à un système ajustable à réflexions multiples [Goure2008]. Par ailleurs, les conditions opératoires (pression, température) doivent être contrôlées car elles conditionnent la reproductibilité des mesures.

Système de conditionnement et d’acquisition du signal

Le signal transmis par le microcapteur est conditionné par une chaîne d’instrumentation : préamplificateur – amplificateur – CAN (convertisseur analogique – nu mérique). Le préamplificateur, situé au plus près du microbolomètre améliore le rapport si gnal/bruit de la mesure. L’amplificateur ajuste ensuite le niveau du signal pour le présenter dans de bonnes conditions au CAN qui génère alors une valeur numérique proportionnelle à la tension d’entrée. Toute cette opération améliore ainsi la résolution et la sensibilité de la mesure. Le signal numérisé est enfin acquis par un ordinateur qui stocke les données dont l’étude permettra l’identification et la quantification des COV présents dans l’échantillon ga zeux analysé.
La partie suivante est consacrée à l’estimation des performances attendues du micro capteur inséré dans la chaîne de détection complète.

Estimation des performances du microcapteur pour le benzène

Les performances de la chaîne de détection sont estimées dans le cas d’une détection du ben zène. Ces performances sont le facteur de qualité nécessaire pour sélectionner la bande fré quentielle à détecter et le temps d’acquisition. Le facteur de qualité sera déduit d’une analyse de courbes de spectroscopie d’absorption du benzène tirées d’une étude de W. Chen et al. dont les travaux ont porté sur la mesure de la concentration de benzène par spectroscopie d’absorption par laser à différence de fréquence au voisinage de 14,8 m [Chen2000]. Quant au temps d’acquisition, son expression sera établie à partir d’une analyse de toute la chaîne de détection à laquelle seront appliquées les lois de Planck et de BeerLambert. La valeur du temps d’acquisition sera estimée pour un microcapteur ne présentant pas de pertes. Au cha pitre 3 de ce manuscrit, il sera réexaminé en tenant compte des pertes (cf. § 3.6.1).

Facteur de qualité nécessaire

D’après les spectres des figures 1.22 et 1.23, la détection du benzène à 14,8 m peut être effectuée dans l’air ambiant sous réserve de rendre négligeable la contribution des raies parasites du CO2 (dioxyde de carbone) par le choix d’une résolution spectrale suffisante. La figure 1.23 correspond à un agrandissement de la figure 1.22 autour de la région spectrale voisine de 14,8m. Il apparaît que la bande spectrale du benzène située au voisinage de 14,8m est en fait constituée de plusieurs raies ayant quasiment la même amplitude, ampli tude caractérisée par un coefficient d’extinction molairep 13,5.103mol /mol1 .m1 .
Sur la même figure, 2 raies C1 et C2 du CO2 sont situées respectivement à 14,791 m et à 14,758 m. Ces 2 raies ont un pouvoi r absorbant 100 fois plus élevé que celui des raies du benzène [Chen2000]. Par conséquent, la résolution spectrale nécessaire est bornée par les raies C1 et C2 , ce qui conduit à une valeur 33 nm. Cette bande est centrée au tour deb 14,775m ce qui conduit à un facteur de qualité nécessaire (ou facteur de quali té minimum Qbenzène _ min ) Qbenzène _ minb / 500 (1.28)
Pour déterminer l’intensité du rayonnement absorbé par le benzène dans la bande choisie de largeur nous devons déterminer l’aire sous les 4 raies du benzène comprises dans la bande. Théoriquement, une raie spectrale peut être assimilée à une impulsion de Dirac. En pratique cela n’est pas le cas et l’élargissement des raies est due à 3 causes17: le principe d’in certitude à l’origine de la largeur naturelle, l’effet Doppler responsable de la largeur Doppler et les collisions entre les particules conduisant à la largeur Lorentz. En général, la largeur na turelle est négligeable devant les 2 autres. En outre, la largeur Lorentz dépendant de la pres sion du gaz (plus elle est faible et moins il y aura de collisions entre les particules), il est pos sible de la minimiser en se plaçant à une pression suffisamment faible. Ainsi, la largeur de la raie se résume à la largeur Doppler. Le profil des raies d’absorption est celui d’une gaussienne caractérisée par son amplitude a et sa largeur à mihauteur L D. L’aire sous une gaussienne (intégrale sur l’ensemble des réels) étant égale18 à : Aire _ gaussienne 1,07 aLD a LD [u.a] , (1.29)

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 Microcapteur pour la détection de Composés
Organiques Volatils (COV)
Introduction du chapitre
1.1 Motivations de l’étude
1.1.1 Enjeux sociétaux liés à la détection des COV
1.1.2 Microbolomètre pour la détection des COV par spectrométrie d’absorption infrarouge non dispersive étendue
1.2 Généralités sur les COV
1.2.1 Définition
1.2.2 Sources d’émission des COV
1.2.3 COV de référence de l’étude : le benzène
1.3 Méthodes usuelles de détection des COV et paramètres de comparaison des détecteurs
1.3.1 Chromatographie en phase gazeuse (CG)
1.3.2 Spectrométrie de masse (SM)
1.3.3 Spectrométrie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR)
1.3.4 Spectroscopie par absorption optique différentielle (DOAS)
1.3.5 LIght Detection And Ranging – DIfferential Absorption LIDAR (LIDAR – DIAL)
1.3.6 Synthèse
1.4 Microcapteur pour la détection de COV : Description
1.4.1 Antenne en V planaire
1.4.2 Filtre sélectif à bande interdite photonique 1D (BIP 1D)
1.4.3 Microbolomètre résistif
1.4.4 Source THz
1.4.5 Cellule gaz
1.4.6 Système de conditionnement et d’acquisition du signal
1.5 Estimation des performances du microcapteur pour le benzène
1.5.1 Facteur de qualité nécessaire
1.5.2 Temps d’acquisition du microcapteur sans pertes avec un corps noi
1.5.3 Pertes dans le microcapteur
1.5.4 Effet des pertes sur le temps d’acquisition du microcapteur
1.6 Choix de la topologie du filtre sélectif et couplage Antenne – Filtre
1.6.1 Topologie 1 : modulation géométrique des conducteurs
1.6.2 Topologie 2 : modulation de permittivité du diélectrique
1.6.3 Analyse qualitative des topologies présentées
1.6.4 Couplage Antenne – Filtre : transition CPS – Microstrip
1.7 Cahier des charges de cette thèse : conception à plus basse fréquence d’un démonstrateur du microcapteur
1.7.1 Choix d’un gaz pour la conception du démonstrateur : le monoxyde de carbone (CO)
1.7.2 Facteur de qualité nécessaire à 115,3 GHz
1.7.3 Temps d’acquisition du démonstrateur sans pertes
1.7.4 Enoncé du cahier des charges
Conclusion du chapitre 1
Liste des figures du chapitre 1
Liste des tableaux du chapitre 1
Bibliographie du chapitre 1
Chapitre 2 Détection directe en bande étroite au-delà de 100 GHz : état de l’art et quantification des pertes
Introduction du chapitre 2
2.1 Conditions du transfert optimum de la puissance incidente rayonnée à la charge bolométrique
2.1.1 Principe de l’adaptation d’impédance
2.1.2 Modélisation électrique du microcapteur
2.1.3 Conditions du transfert optimum de puissance
2.2 Etat de l’art des antennes planaires
2.2.1 Classification des antennes planaires
2.2.2 Antennes planaires et ondes de surface
2.2.3 Antennes planaires couplées à un bolomètre : quelques exemples
2.2.4 Comparaison de l’antenne en V avec les antennes planaires présentées85
2.3 Pertes dans l’antenne en V planaire
2.3.1 Pertes par réflexion et par réfraction
2.3.2 Pertes métalliques et diélectriques
2.3.3 Réduction des pertes grâce à l’utilisation d’un substrat membranaire
2.4 Etat de l’art des filtres sélectifs planaires en micro-onde
2.4.1 Filtres à éléments localisés
2.4.2 Filtres à base de résonateurs couplés
2.4.3 Filtres sélectifs à base de résonateurs CoPlanar Stripline (CPS)
2.4.4 Dual Behavior Resonator (DBR)
2.4.5 Dual Mode Resonator (DMR)
2.4.6 Synthèse
2.5 Le filtre de Fabry-Pérot
2.5.1 La cavité Fabry-Pérot
2.5.2 Miroir de Bragg
2.6 Pertes dans le filtre sélectif BIP 1D
2.6.1 Modélisation du filtre à l’aide de la matrice chaîne [ABCD]
2.6.2 Performances du filtre sans pertes
2.6.3 Approche analytique des pertes dans le filtre
2.6.4 Influence de l’épaisseur du substrat sur les pertes dans le filtre
2.6.5 Effet des pertes métalliques et diélectriques sur la réponse du filtre
2.7 Etat de l’art des transitions CPS – Microstrip
2.7.1 Transition à conversion de mode
2.7.2 Transition à jonction T symétrique
2.7.3 Transition à couplage
2.7.4 Transition « ultra large bande »
2.8 « Tapérisations » ou formes géométriques pour une transition 114
2.8.1 Cas général
2.8.2 Exemples de tapérisations
2.9 Transition CPS – Microstrip choisie : « ultra large bande » à tapérisation de Klopfenstein
2.9.1 Description détaillée de la transition choisie
2.9.2 Evolution du champ électromagnétique le long de la transition
2.9.3 Evolution de l’impédance caractéristique de la transition en fonction de ses paramètres géométriques
2.9.4 Dimensionnement pratique de la transition
2.9.5 Pertes dans la transition
Conclusion du chapitre 2
Liste des figures du chapitre 2
Liste des tableaux du chapitre 25
Chapitre 3 « Antenne − Transition − Filtre chargé » : conception et simulation à 115,3 GHz
Introduction du chapitre 3
3.1 Outil de conception 3D en hyperfréquence : CST Microwave Studio
3.1.1 Technique des Intégrales Finies (FIT)
3.1.2 SmartGridTM
3.1.3 Solveurs
3.1.4 Quelques précautions de simulation
3.2 Antenne en V planaire : conception et simulation à 115,3 GHz
3.2.1 Détermination de la longueur physique de l’antenne
3.2.2 Simulation de l’antenne dans l’air
3.2.3 Simulation de l’antenne sur membrane avec pertes
3.3 Filtre sélectif BIP 1D planaire : conception et simulation à 115,3 GHz
3.3.1 Dimensionnement du filtre
3.3.2 Réponse théorique du filtre avec pertes
3.3.3 Réponse simulée du filtre avec pertes
3.4 Transition CPS – Microstrip : simulation à 115,3 GHz
3.4.1 Simulation de la transition
3.5 Microcapteur complet à 115,3 GHz
3.5.1 Simulation de l’ensemble « Antenne + Transition »
3.5.2 Simulation du microcapteur complet
3.5.3 Rendement global de couplage de la puissance incidente à la puissance transmise à la charge bolométrique
3.5.4 Retour sur les performances du microcapteur à 115,3 GHz en incluant les pertes
3.6 Potentialités du microcapteur pour la détection de COV dansle THz
3.6.1 Réexamen des performances du microcapteur à 20 THz en incluant les pertes dans le microcapteur
3.6.2 Potentialités de l’antenne en V
3.6.3 Potentialités du filtre sélectif BIP 1D
3.6.4 Perspectives d’améliorations pour la détection de COV dans le THz 170
Conclusion du chapitre 3
Liste des figures du chapitre 3
Liste des tableaux du chapitre 3
Bibliographie du chapitre 3
Conclusion générale
Annexe A Spectroscopie d’absorption infrarouge (IR)
A.1 Bandes d’absorption
A.2 Loi de Beer-Lambert
A.3 Aire d’une gaussienne
Annexe B Formalisme des lignes de transmission
B.1 Propagation dans une ligne de transmission
B.2 Modélisation de la ligne CPW
Annexe C Formalisme des antennes filaires
C.1 Dipôle de Hertz
C.2 Antennes kλ/2
Annexe D Notion de bande interdite photonique
D.1 Bandes d’énergie électroniques et photoniques
D.2 La « Yablonovite »
Annexe E Matrices [S] et [ABCD]
E.1 Matrice de répartition [S]
E.2 Matrice chaîne [ABCD]
Liste des figures des annexes
Bibliographie des annexes