Development of multipixel heterodyne imaging arrays for future space missions

Développement de récepteurs hétérodynes multi-pixels pour les futures missions spatiales L'observation du milieu interstellaire est très importante aux fréquences mm / (sub) mm / Thz pour comprendre comment se forment les étoiles et les planètes. De telles observations dépendent des récepteurs hétérodynes. Ces instruments atteignent une résolution spectrale très élevée en convertissant un signal haute fréquence à une fréquence plus basse. Dans un récepteur hétérodyne, le signal collecté est superposé sur un signal artificiel, bien connu, monochromatique, généré par l'oscillateur local (OL), donc ce signal artificiel est plus-ou-moins la fréquence du signal du ciel. Le mélangeur produit le signal de la fréquence du battement. Cette fréquence est équivalente à la différence entre le OL et la fréquence du signal du ciel. Ainsi, le signal du ciel est traduit à une fréquence plus basse, pour qu'il soit facile à amplifier et détecter. Habituellement, les récepteurs hétérodynes ont seulement un pixel spatial avec de nombreux canaux en fréquences. Notre objectif est de développer des réseaux de centaines de pixels. Pour faire cela, certains composants de l'hétérodyne doivent être repensés radicalement, tels que l'antenne de réception et le diviseur de faisceau OL. En effet, l'antenne réceptrice est généralement constituée d'une antenne à double fentes sur une lentille, ou d'une antenne cornet. Par contre, ces antennes ne sont pas les meilleurs choix pour des réseaux de nombreux pixels car elles doivent être usinées et montées individuellement. Au lieu de cela, il est commode de développer des structures planaires qui peuvent être facilement produites toutes ensembles. En particulier, nous avons conçu et simulé des réseaux d'antennes patch, de réseaux de transmission, et de plaques de zone. Le réseau d'antennes patch consiste d'un réseau de patchs métalliques reliés par une ligne microruban et séparés du plan de masse par un substrat diélectrique. Cette configuration profite du facteur du réseau pour réduire la largeur de faisceau du signal collecté. Cependant, nos simulations nous montrent que la bande RF des réseaux d'antennes patch est étroite. Pour cette raison, nous avons analysé la possibilité d'utiliser une autre solution : le réseau de transmission. C'est un réseau de plusieurs cellules qui déphase une onde afin de transformer son front de phase de forme planaire en forme sphérique. Le but de la matrice de transmission est de focaliser le faisceau collecté vers une antenne et mélangeur à double fentes. La thés démontre qu'un effet de focalisation satisfaisant est atteint sur une ligne. Nous avons fabriqué un tel réseau de transmission et l'avons testé en laboratoire. En raison des petites dimensions de quelques millimètres, ces tests sont difficiles à réaliser. Au sein de l'erreur de mesure, la conception et les simulations sont cohérentes. Une troisième option (d'une lentille planaire) a été étudiée dans la thèse : la plaque de zone. C'est un type particulier de réseau de transmission qui ne présente que deux déphasages de 0 ° et 180 °. Le plaque de zone focalise bien, mais est peu efficace. La dernière partie de la thèse introduit un type de diviseur de faisceau particulier qui permet une division du faisceau du signal OL vers un réseau de quatre mélangeurs très serrés. Diviser le faisceau avec des angles suffisamment petits est très difficile avec les réseaux de Fourier et Dammann classiques. Pour cette raison la méthode que nous avons proposée pour concevoir un tel diviseur est très novatrice. En effet, il permet la formation de motifs de faisceaux de forme arbitraire, qui ne sont pas limités par les ordres de diffraction. Les simulations montrent des efficacités allant jusqu'à 80% qui sont très bonnes en comparaison avec les réseaux classiques. En résumé, dans cette thèse, j'ai essayé plusieurs moyens radicalement différents pour simplifier les récepteurs hétérodynes et ouvrir la voie aux grandes matrices hétérodynes avec des centaines de pixels.