1.1.1 - Principe et généralités

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Table des matières
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INTRODUCTION……………………………………………………………………… p 15
CHAPITRE 1 : Présentation de l’étude………………………………………………. p 21
1.1 - Le Radar Ultra Large Bande (ULB)………………………………………. p 23
1.1.1 - Principe et généralités……………………………………………….. p 23
1.1.2 - Définition d’un spectre ULB………………………………………… p 25
1.1.3 - Avantages des radars ULB………………………………………….. p 26
1.2 - Démonstrateur PULSAR du CELAR pour la détection de mines……… p 26
1.2.1 - Principe et structure du démonstrateur PULSAR…………………… p 27
1.2.2 - Limitations actuelles du dispositif…………………………………… p 32
1.3 - Objectifs du travail de thèse……………………………………………….
p 33
1.3.1 - Réalisation d’un générateur d’impulsions HT ultra brèves de forme
réglable……………………………………………………………… p 33
1.3.2 - Réalisation d’un dispositif d’adaptation d’impédance couvrant la
bande 30 kHz - 3 GHz……………..………………………………..
p 34
1.3.3 - Evaluation des performances du dispositif complet…………………. p 34
1.4 - Les outils expérimentaux nécessaires pour l’ULB……………………….. p 35
1.4.1 - Les générateurs haute tension……………………………………….
p 35
1.4.1.1 - Principe général de la commutation électrique de puissance…..
p 35
1.4.1.2 - Les différentes technologies de commutateurs à fermeture……. p 39
1.4.1.2.1 - Les éclateurs solides ou liquides
1.4.1.2.2 - Les semi-conducteurs
1.4.1.2.3 - Les commutateurs à gaz (ou dans le vide)
1.4.1.3 - Paramètres électriques à optimiser pour l’ULB………………..
p 42
1.4.1.3.1 - Temps de montée et largeur d’impulsion
1.4.1.3.2 - Jitter
1.4.1.3.3 - Fréquence de répétition
1.4.1.4 - Principales applications des générateurs d’impulsions ultra
brèves…………………………………………………………… p 43
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1.4.1.4.1 - Réalisations à base de dispositifs à semi-conducteurs
1.4.1.4.2 - Réalisations utilisant des commutateurs à gaz
1.4.2 - L’alimentation du générateur………………………………………..
p 49
1.4.3 - Les dispositifs d’adaptation d’impédances : les baluns………..……
p 50
1.4.4 - Les antennes ULB…………………………………………………… p 51
1.4.4.1 - Impédance d’entrée de l’antenne………………………………. p 51
1.4.4.2 - Définition du gain………………………………………………. p 52
1.4.4.3 - Coefficient de dispersion……………………………………….. p 54
1.4.5 - Les oscilloscopes…………………………………………………….. p 55
1.4.5.1 - Les oscilloscopes à échantillonnage direct…………………….. p 56
1.4.5.2 - Les oscilloscopes séquentiels…………………………………..
p 56
1.5 - Conclusion du chapitre…………………………………………………….
p 57
CHAPITRE 2 : Générateur d’impulsions HT ultra brèves…………………………
p 59
2.1 - Technologie utilisée : commutateur à gaz pressurisé…………………… p 61
2.1.1 - Description du générateur…………………………………………… p 61
2.1.1.1 - Principe…………………………………………………….…… p 61
2.1.1.2 - Technologie……………………………………………….……. p 62
2.1.2 - Eclateur pressurisé à structure de ligne de transmission………..…… p 64
2.1.3 - Choix du gaz………………………………………………………… p 64
2.1.4 - Processus physiques pendant la décharge…………………………… p 66
2.2 - Moyens de mesure : diviseurs pour les expériences de haute tension……... p 69
2.2.1 - Principe de fonctionnement des atténuateurs HT……………………. p 69
2.2.2 - Réalisations et caractérisations d’atténuateurs de tension 50 …….. p 71
2.3 - Paramétrages et performances réalisés…………………………………… p 76
2.3.1 - Dispositif expérimental……………………………………………… p 76
2.3.2 - Influence de la pression et de la distance inter électrodes sur la
tension de sortie……………………………………………………..
p 77
2.3.3 - Etude de la durée des impulsions……………………………………. p 79
2.3.4 - Etude du temps de montée……………………………..……………
p 80
2.3.4.1 - Détermination expérimentale………..…………………………
p 80
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2.3.4.2 - Etude du temps de montée en fonction du champ électrique
dans le commutateur……………………………………………. p 82
2.3.4.3 - Etude du temps de montée en fonction de la distance interélectrodes…………………………………………………..…… p 87
2.3.5 - Etude de la fréquence de répétition………………………………….. p 88
2.4 - Modélisation sur logiciel SPICE…………………………………………… p 90
2.4.1 - Description……………………………………………….………….
p 90
2.4.2 - Résultats………………………..……………………………………
p 92
2.4.2.1 - Comparaisons manipulations / simulations……………………. p 92
2.4.2.2 - Analyses statistiques de Monte Carlo………………………….. p 95
2.5 - Conclusion du chapitre…………………………………………………….. p 97
CHAPITRE 3 : Transformateur à lignes de transmission (TLT)…………………… p 99
3.1 - Position du problème……………………………………………………….. p 101
3.1.1 - Principe de fonctionnement d’un TLT………………………………. p 101
3.1.2 - Etat de l’art………………………………………………………….. p 104
3.1.2.1 - Optimisation du gain en tension……………………………….. p 104
3.1.2.2 - Réalisation d’adaptateurs d’impédances……………………….. p 105
3.1.3 - Technologie utilisée…………………………………………………. p 111
3.2 - Optimisation du gain en tension…………………………………………… p 112
3.2.1 - Dispositif expérimental……………………………………………… p 112
3.2.2 - TLT à 4 étages sans ferrite………………………………………….. p 115
3.2.2.1 - Analyse des courants secondaires……………………………… p 116
3.2.2.2 - Mesure du gain en tension……………………………………… p 117
3.2.2.3 - Modélisation des lignes secondaires de propagation…………… p 117
3.2.2.4 - Simulation du TLT sans ferrite………………………………… p 119
3.2.3 - Les ferrites dans les applications haute tension……………………..
p 120
3.2.3.1 - Présentation des ferrites………………………………………… p 120
3.2.3.2 - Utilisation des ferrites dans le domaine de la haute tension……. p 122
3.2.3.3 - Choix des matériaux ferrites pour notre application…………… p 123
3.2.3.4 - Ferrites dans le cadre de notre application : simulation
expérimentale…………………………………………………… p 124
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3.2.3.5 - Simulation numérique………………………………………….. p 127
3.2.3.5.1 - Description du modèle de ferrite ultra simplifié
3.2.3.5.2 - Comparaison modélisation expérimentale / numérique
3.2.4 - TLT avec ferrites…………………………………………………….. p 131
3.2.4.1 - Transformateur à 2 étages………………………………..…….. p 131
3.2.4.2 - Transformateur à 4 étages……………………………………… p 134
3.2.4.3 - Transformateur à 10 étages…………………………………….. p 136
3.2.4.4 - Discussion……………………………………………………… p 137
3.3 - Réalisation d’un dispositif d’adaptation d’impédances (balun)………… p 139
3.3.1 - Caractéristiques du balun à réaliser…………………………………. p 139
3.3.2 - Réalisation………………………………………………………….... p 140
3.3.3 - Caractérisations……………………………………………..……..… p 142
3.3.3.1 - Symétrisation des impulsions en sortie………………………… p 142
3.3.3.2 - Optimisation du volume et de la bande passante………………. p 144
3.4 - Conclusion du chapitre…………………………………………………….. p 147
CHAPITRE 4 : Dispositif d’émission / réception complet
Perspectives………………………………………………………….
p 149
4.1 - Evaluation des performances du dispositif complet……………………… p 151
4.1.1 - Description du matériel……………………………………………… p 151
4.1.1.1 - Antennes de type Ciseaux de l’IRCOM………………………..
p 151
4.1.1.2 - Chambre anéchoïde de Général Electronique à Brive…………. p 152
4.1.2 - Conditions d’essais………………………………………………….. p 154
4.1.2.1 - Configuration pour l’évaluation des rayonnements parasites….. p 154
4.1.2.2 - Configuration pour la mesure du rayonnement de l’antenne
Ciseaux…………………………………………………………. p 155
4.1.3 - Principaux résultats………………………………………………….. p 156
4.1.3.1 - Rayonnement parasites au niveau du générateur………………. p 157
4.1.3.2 - Impulsions rayonnées dans l’axe et transformées de Fourier….. p 160
4.1.3.3 - Détermination des gains dans l’axe…………………………….. p 162
4.1.3.4 - Diagrammes de rayonnement en site et en gisement…………… p 163
4.1.3.5 - Bilan comparatif des deux baluns……………………………… p 164
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4.2 - Perspectives…………………………………………………………………. p 165
4.2.1 - Déclenchement du générateur à l’aide d’une alimentation pulsée
réalisée à base de thyristors…………………………………………. p 165
4.2.1.1 - Circuit de puissance……………………………………………. p 165
4.2.1.2 - Circuit de commande…………………………………………… p 165
4.2.1.3 - Circuit de protection……………………………………………. p 166
4.2.1.4 - Performances actuelles du prototype…………………………… p 167
4.2.2 - Déclenchement du générateur à l’aide d’une impulsion laser
Evaluation du jitter de déclenchement………………………………. p 168
4.2.2.1 - Dispositif expérimental………………………………………… p 169
4.2.2.2 - Déclenchement du générateur à l’aide d’une impulsion laser….. p 169
4.2.2.3 - Allure de l’impulsion en sortie de générateur………………….. p 170
4.2.2.4 - Evaluation du jitter de déclenchement…………………………. p 171
4.2.2.5 - Analyses et perspectives……………………………………….. p 172
4.2.3 - Conception d’un générateur et d’atténuateurs de tension 150 ……. p 173
4.2.3.1 - Essais préliminaires…………………………………………….. p 174
4.2.3.1.1 - Atténuateur de tension 150 
4.2.3.1.2 - Conception du générateur 150 
4.2.3.2 - Analyses et perspectives……………………………………….. p 176
4.2.4 - Mise en évidence de désadaptations entre le générateur et l’antenne
Perspective relative à l’évolution future du balun…………………..
p 180
CONCLUSION GENERALE…………………………………………………………. p 185
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES……………………………………….…….. p 193
ANNEXES………………………………………………………………………………. p 205
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