Study of hyperfrequency switches based on phase change materials (PCM) - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2022

Study of hyperfrequency switches based on phase change materials (PCM)

Etude des commutateurs hyperfréquences à base de matériaux à changement de phase (PCM)

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Ines Bettoumi
  • Function : Author

Abstract

The main purpose of this work consists in developing a switching matrix for the control of the radio frequency signals of the transmission-reception chain in the payload of the satellites. Electromechanical relays are currently used for this purpose with performances (losses and isolation) higher than those offered by the semiconductor components. In addition, they are bistable, which is very important for the equipment manufacturers of the space industry, because it limits the risk of the equipment failure. The PCMs, originally known in memory applications (non-volatile), make it possible to provide this bistability and solve the bulk problems known by electromagnetic relays. Today, there are few developments on PCM switches in Europe while several American defense companies are well positioned on the subject.The main goals of this thesis were oriented towards three themes. Starting with the presentation of a general state of the art on RF switches more particularly the PCM switches. Followed by the understanding of the basic phenomena of the phase change of the GeTe material under the action of external heating (thermal study), thanks to the different layers making up the PCM switch. Followed by the presentation of different SPST switches and an SPDT matrix showing the manufacturing, design (Finite Element Simulation) and measurement stages.
L’objet de ce travail consiste à développer une matrice de commutation pour le contrôle des signaux radiofréquences de la chaîne d’émission-réception dans la charge utile des satellites. Ce sont les relais électromécaniques qui sont utilisés actuellement à cet effet (pertes et l’isolation) supérieures à celles proposées par les composants semi-conducteurs. De plus, ils sont bistables ce qui est très importante pour les équipementiers de l’industrie spatiale, car elle limite les risques de défaillance de l’équipement. Les PCM connues à l’origine dans les applications mémoire (non-volatil) permettent non seulement d’apporter cette bistabilité, mais aussi de résoudre le problème d’encombrement connu par les relais électromagnétiques. À ce jour, il existe peu de développements sur les commutateurs PCM en Europe, alors que plusieurs sociétés américaines du domaine de la défense sont bien positionnées sur le sujet.Ainsi, les objectifs de cette thèse s’orientaient vers trois thématiques. En commençant par la présentation d’un état de l’art général sur les commutateurs RF et en particulier PCM. Suivie de la compréhension des phénomènes de base du changement de phase du matériau GeTe sous l’action d’un chauffage externe (étude thermique), grâce aux différentes couches composant le commutateur PCM. Suivie de la présentation de la conception (Simulation Élément Finis) et l’optimisation des différents commutateurs SPST et une matrice SPDT en montrant les étapes de fabrication et de mesure.
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Dates and versions

tel-03656952 , version 1 (02-05-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03656952 , version 1

Cite

Ines Bettoumi. Etude des commutateurs hyperfréquences à base de matériaux à changement de phase (PCM). Electronique. Université de Limoges, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LIMO0029⟩. ⟨tel-03656952⟩
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