Design of a sensor for measuring average power in the frequency band 110 GHz - 170 GHz
Conception d'une sonde pour la mesure de puissance moyenne dans la bande de fréquence 110 GHz - 170 GHz
Résumé
Measuring average power at high frequencies is crucial for applications in several major fields, including security, military, and industry. This thesis is dedicated to designing and realization of a sensor for average power measurement, ensuring SI traceability of power in the D-band frequency range between 110 GHz and 170 GHz. The primary calibration of a transfer power sensor allows the determination of two parameters: efficiency and calibration factor, which depend on the efficiency and the return loss of the power sensor.The thermoelectric power sensor developed through numerical simulations using CST Studio Suite software, consists of three parts: the high-frequency part (HF), the thermal part, and the direct current part. The high-frequency part is made up of arectangular waveguide and a transition between the waveguide and a coplanar line ending in a resistive load. The thermal part includes a series of thermocouples intended to measure the heating of the load. The DC part allows for power transposition between HF and DC to determine the HF power.The results obtained showed a return loss lower than -15 dB, an efficiency greater than 0.8, and a sensitivity between 0.08 and 0.09 mV/mW for the sensor. These results are very encouraging and demonstrate a successful sensor design. We fabricated the sensor housing, manufactured the chip, and constructed the measurement circuit. We also prepared the assembly of the components in the sensor housing and installed the required connectors for sensor's calibration in preparation for its subsequent characterization.
La mesure de la puissance moyenne en hautes fréquences est primordiale dans plusieurs domaines majeurs dont la sécurité, le militaire et l'industrie. Cette thèse est dédiée à la conception et à la réalisation d'une sonde de transfert pour la mesure de puissance moyenne permettant d'assurer la traçabilité SI de la puissance dans la bande de fréquence D entre 110 GHz et 170 GHz. L'étalonnage primaire d'une sonde de puissance de transfert permet de déterminer les deux paramètres suivants : efficacité et facteur d'étalonnage, ce dernier dépendant de l'efficacité et du coefficient de réflexion de la sonde. La sonde de puissance thermoélectrique développée par simulations numériques avec le logiciel CST Studio Suite, se compose de trois parties : la partie haute fréquence (HF), la partie thermique et la partie tension continue. La partie HF est formée d'un guide d'ondes rectangulaire, d'une transition entre ce dernier et une ligne coplanaire se terminant par une charge résistive.La partie thermique comprend une série de thermocouples destinés à mesurer l'échauffement de la charge. La partie tension continue permet d'effectuer une transposition de puissance entre HF et continu afin de déterminer la puissance HF. Les résultats obtenus ont montré pour la sonde un coefficient de réflexion inférieur à -15 dB, une efficacité supérieure à 0,85 et une sensibilité comprise entre 0,08 et 0,09 mV/mW. Ces résultats sont très encourageants et témoignent d'une conception réussie de la sonde. Nous avons réalisé le boîtier de la sonde, fabriqué la puce, ainsi que le circuit de mesure. Nous avons également préparé l'assemblage des composants dans le boîtier de la sonde et l'installation des connecteurs requis pour l'étalonnage de la sonde en vue de sa caractérisation ultérieure.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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