Limiteur de puissance de signaux électromagnétiques et procédé de conception du limiteur de puissance

Domaine et problème technique

La présente invention concerne un limiteur de puissance de signaux électromagnétiques, notamment pour des ondes radiofréquences ou hyperfréquences reçues par des dispositifs de détections et de communications. L'invention concerne également un procédé de conception du limiteur de puissance selon l'invention.

Des applications basées sur des détections et des communications par ondes radiofréquences ou hyperfréquences nécessitent de pouvoir traiter des signaux électromagnétiques ayant des dynamiques importantes. Parmi ces applications, on peut citer des systèmes de récepteurs d'ondes électromagnétiques, comme des postes radiofréquence, des récepteurs d'ondes radars. Les dynamiques des signaux sont de plus en plus importantes dans des environnements électromagnétiques de plus en plus denses où les signaux se recouvrent temporellement. Dans cette situation, des chaînes de traitement des signaux peuvent se trouver saturées par des puissances reçues par un système d'antennes. Par exemple, dans des postes récepteurs à modulation de fréquence, il existe un seuil au-delà duquel un signal reçu n'est plus exploitable.

Un dispositif limiteur de puissance de signaux est généralement utilisé avant des amplificateurs de signaux dans une chaîne de traitement du signal reçu. Un dispositif limiteur de puissance peut être classiquement réalisé à partir d'un assemblage de diodes semi-conductrices. Un tel dispositif limiteur peut s'avérer efficace pour protéger des circuits électroniques sensibles situés en aval du limiteur dans une chaîne de traitement numérique du signal. Cependant un tel limiteur présente l'inconvénient majeur de distordre les signaux au point que leur exploitation par les chaînes de traitement numérique n'est plus possible. En particulier, la phase des signaux atténués n'est pas conservée. De plus, les traitements de goniométhe et, ou de localisation des sources de signaux deviennent alors

inopérants. De tels traitements de localisation sont notamment utilisés par de nouvelles générations de stations de base dans des systèmes de radiocommunications.

De nouvelles générations de terminaux de communication sans fil sont donc confrontées à des problèmes de plus en plus ardus liés à trois types de contraintes antinomiques :

• une première contrainte est de détecter, de reconnaître, et d'exploiter des signaux de plus en plus variés en puissance et en fréquence, notamment pour tous les types d'émissions, dans toutes les bandes de longueur d'onde, pour les postes de radiocommunications les plus divers, depuis des postes tactiques jusqu'aux téléphones portables, et ceci dans une très large bande couvrant quelques centaines de Mégahertz à plusieurs Gigahertz ;

• une deuxième contrainte est de se protéger contre des interférences de signaux dont la puissance de crête augmentera dans le temps compte tenu des développements techniques actuels ;

• une troisième contrainte est de localiser précisément dans l'espace, à une fraction de degré près par exemple, l'ensemble de toutes les sources émettrices de signaux électromagnétiques par des techniques d'interférométhe large bande. Une saturation des chaînes réceptrices conduit à une perte des signaux, dans ce cas un traitement des phases des signaux n'a pas de sens. Il est donc utile de disposer d'une fonction autorisant une mesure de phase pendant la réception des différents signaux. Ce type de fonction n'existe pas actuellement, notamment à cause d'une sensibilité des récepteurs à la saturation, même lorsqu'ils sont protégés par des dispositifs actuels de limitation de puissance.

Une fonction d'un limiteur, placé immédiatement après une antenne réceptrice, est notamment d'éviter une saturation ou une mise hors fonction, pouvant aller jusqu'à la destruction, des éléments sensibles situés en aval de la chaîne de traitement du signal, et en particulier d'une chaîne d'amplification à faible niveau de puissance.

Un limiteur de puissance de signaux a notamment pour objectif de satisfaire les spécifications suivantes :

• une première spécification peut être une tenue du limiteur à des puissances de signal reçu élevées, par exemple comprises entre quelques centaines de milli-watt et quelques centaines de Watt, et éventuellement jusqu'à quelques kilowatt, et ceci pour un même dispositif limiteur ;

• une deuxième spécification peut être un temps de réponse le plus faible possible, de l'ordre de la nanoseconde, afin de protéger des étages sensibles des dispositifs de traitement des signaux et ceci, dès le front de montée du signal de puissance incident ;

• une troisième spécification peut être d'avoir des pertes d'insertion les plus faibles possibles, inférieures à un dB par exemple, entre une antenne de réception et un étage d'amplification faible bruit du dispositif de traitement de signal ;

• une quatrième spécification peut être une intégration du limiteur dans un faible volume : ceci pose notamment un problème de forte puissance dissipée dans un volume très faible ;

• une cinquième spécification peut être une possibilité de régler dynamiquement des seuils pour pouvoir continuer à exploiter autant que possible des signaux atténués et déformés ayant traversé la structure du limiteur.

A ces spécifications majeures peut s'ajouter une sixième spécification, qui est la possibilité d'effectuer des opérations radio-goniométriques comme la localisation de la direction d'une émission électromagnétique même en présence d'interférences de puissance importante.

Exposé de l'art antérieur

Des limiteurs actuels sont principalement basés sur une dissipation partielle et une réflexion d'une partie du signal incident par des diodes semi-conductrices discrètes, comme des diodes Schottky ou des diodes PIN. Les diodes PIN sont des diodes à jonction PN avec zone intrinsèque. Les diodes Schottky ou PIN sont insérées en des points

localisés d'une ligne de transmission. Les matériaux les plus couramment employés pour les diodes sont par exemple le silicium, l'arséniure de gallium ou bien encore le nitrure de gallium.

Bien que très couramment utilisés, les limiteurs actuels présentent un inconvénient majeur : leurs mauvaises performances dans le domaine des hyperfréquences. En effet, les pertes d'insertion des limiteurs actuels sont élevées, notamment supérieures à un dB. De telles pertes d'insertion ne sont pas optimales pour certaines applications spécifiques où les signaux sont très faibles en amplitude. Pour des signaux de faible amplitude, il est nécessaire de minimiser les pertes d'insertion, comme dans les radars par exemple. De plus une distorsion de signal induite par les diodes utilisées dans les limiteurs actuels est gênante pour des applications requerrant une grande linéarité de leurs composants notamment pour éviter des inter modulations entre des signaux multiples. De plus, la tenue des limiteurs actuels en terme de puissance reçue est limitée à quelques dizaines de Watts. Un échauffement induit par le passage du courant lors de phases de limitation de la puissance du signal incident peut mener à une destruction des composants situés en aval d'un limiteur actuel.

D'autres solutions à base de lignes supraconductrices existent également, mais ne peuvent être utilisées que dans des environnements refroidis à très basse température. De telles solutions sont donc difficilement intégrables avec d'autres technologies.

Des solutions basées sur des matériaux ferroélectriques et magnétiques sont envisageables mais ne peuvent être fabriquées à bas coûts par des procédés collectifs. De plus, leurs performances dans le domaine des hyperfréquences et leur tenue en puissance au cours du temps restent incertaines.

De même, des solutions à base de ferrites ou de lignes à plasma ont été publiées, et certaines sont utilisées dans des matériels spécifiques, comme des instrumentations nucléaires par exemple, mais elles ne répondent bien, en général, qu'à l'une des spécifications des limiteurs, et de manière insatisfaisante aux autres.

Les solutions actuelles ne répondent donc pas aux spécifications nécessaires pour un limiteur.

Résumé de l'invention

Un but de l'invention est notamment de satisfaire les spécifications majeures précitées.

A cet effet, l'invention a pour objet un limiteur de puissance d'un signal électromagnétique caractérisé en ce qu'il comporte au moins :

• une ligne de transmission du signal, d'une longueur fonction d'une longueur d'onde du signal, ladite ligne de transmission comportant :

• une ligne principale de transmission du signal ;

• une première ligne de masse ; - des premières micro-diodes passives à transfert balistique d'électrons, lesdites premières micro-diodes étant connectées entre la ligne principale de transmission et la première ligne de masse, lesdites premières micro-diodes étant réparties le long de la ligne de transmission; - une deuxième ligne de masse;

• des deuxièmes micro-diodes passives à transfert balistique d'électrons, lesdites deuxièmes micro-diodes étant connectées entre la ligne principale de transmission et la deuxième ligne de masse, lesdites deuxièmes micro-diodes étant réparties le long de la ligne de transmission;

• une cavité, comportant un environnement ayant une composition en espèces chimiques définie, sous une pression définie, dans laquelle est placée la ligne de transmission.

La ligne de transmission peut être réalisée selon une technologie coplanaire.

Une micro-diode comporte par exemple une anode et une cathode, l'anode est réalisée par une première micro-pointe. Selon un mode de réalisation, une micro-diode comportant une anode et une cathode, la cathode est réalisée par une deuxième micropointe.

La cathode est par exemple réalisée par une troisième micropointe dont une extrémité opposée à une base de la micro-pointe est tronquée.

L'anode peut être réalisée par une quatrième micro-pointe dont une extrémité opposée à une base de la micro-pointe est tronquée.

Les micro-diodes de la ligne de transmission peuvent être assemblées selon un motif de base comportant au moins une micro-diode comprenant une anode et une cathode comportant au moins une des caractéristiques précitées, ledit motif de base se répétant le long de la ligne de transmission.

Les micro-diodes de la ligne de transmission peuvent être assemblées selon un motif de base comportant au moins une micro-diode comprenant une anode et une cathode selon au moins une des caractéristiques précitées, le motif de base se répétant le long de la ligne de transmission en inversant un motif de base sur deux par une symétrie dudit motif de base par rapport à un axe longitudinal de la ligne de transmission.

L'environnement contrôlé peut être un environnement sous vide. L'environnement contrôlé peut comporter au moins un gaz inerte.

L'environnement contrôlé peut comporter au moins un gaz rare.

L'invention a également pour objet une structure de limiteur comportant au moins un substrat adapté recevoir pour un signal électromagnétique hautes fréquences. Ladite structure peut comporter au moins deux tranches de substrat. Les deux tranches de substrat peuvent encapsuler au moins une cavité comportant un environnement atmosphérique contrôlé.

Le signal électromagnétique peut être transmis au limiteur de puissance à travers l'un des substrats par couplage réactif.

Le couplage peut être un couplage capacitif.

Le couplage peut être un couplage inductif.

La cavité peut être hermétique.

Les tranches peuvent être assemblées par une soudure eutectique.

Les tranches peuvent être assemblées par une soudure anodique.

Les tranches peuvent être assemblées par thermo-compression.

La cavité peut comporter au moins un accès, des moyens extérieurs pouvant alors être mis en œuvre pour contrôler la pression et la composition en gaz de la cavité.

La structure peut comporter un matériau piézo-électrique générant des trains d'ondes acoustiques stationnaires focalisés sur des espaces entre les micro-pointes du limiteur.

La structure comporte un matériau piézo-électrique générant des trains d'ondes acoustiques stationnaires focalisés sur les micro-pointes du limiteur.

Le substrat peut être transparent.

La structure peut comporter au moins une électrode de déclenchement.

L'invention a également pour objet un procédé de conception du limiteur distribué comportant au moins les étapes suivantes :

• définition de paramètres de fonctionnement du limiteur de puissance;

• détermination d'équations de modélisation de la ligne de transmission du limiteur de puissance et de paramètres des équations de modélisation en fonction des paramètres de fonctionnement du limiteur de puissance ;

• définition des technologies de réalisation physique du limiteur de puissance et des contraintes associées aux technologies définies ; • définition d'équations physiques du limiteur de puissance selon les technologies de réalisation ;

• calcul de paramètres de dimensionnement du limiteur de puissance.

L'étape de définition des paramètres de fonctionnement est par exemple une étape de définition : • d'une perte d'insertion du limiteur en fonctionnement linéaire ;

• d'une longueur totale de la ligne de transmission du limiteur ;

• d'une bande de fréquence de fonctionnement du limiteur ;

• d'impédances caractéristiques d'entrée et de sortie du limiteur ;

• d'une puissance seuil en entrée du limiteur à partir de laquelle le limiteur dissipe la puissance du signal ;

• d'une puissance maximale en entrée du limiteur ;

• d'une puissance maximale en sortie du limiteur ;

• d'une variation maximale du retard du signal en sortie du limiteur.

Une ligne de transmission étant composée d'une suite de cellules élémentaires, lesdites cellules élémentaires peuvent être modélisées par les paramètres suivants :

• une inductance L ;

• une capacité C ;

• une première résistance R ; • une deuxième résistance Rv des micro-diodes ; chaque paramètre de modélisation d'une cellule élémentaire peut notamment dépendre d'une position x de la cellule élémentaire le long de la ligne de transmission.

La première résistance R(x) peut être quasiment nulle. Un courant I(x) circulant dans une cellule élémentaire peut être modélisé par une première équation : où V(x) est par exemple une tension d'entrée de la cellule élémentaire, a(x) est par exemple un premier paramètre de dissipation, β{x) est par exemple un deuxième paramètre de dissipation ; La deuxième résistance Rv(jc) peut être modélisée par une deuxième équation : Une troisième équation peut modéliser la propagation du signal électromagnétique dans la ligne de transmission :

dx dt dt dt

Une cinquième équation peut modéliser la dissipation de la puissance le long la ligne de transmission en définissant une répartition moyenne dans le temps d'une puissance linéique dissipée Pm(x) : où f( _x ) est une fonction à choisir, T une période temporelle.

La forme de f( _x ) peut être définie par une sixième équation :

où A est une amplitude du signal électromagnétique, et L ₇ , la longueur totale de la ligne de transmission. L'inductance L , la capacité C , la deuxième inductance Rv peuvent être calculés de manière itérative en fonction des paramètres de fonctionnement du limiteur et de la forme choisie pour f{ _x ) .

La détermination des paramètres a{x), β{χ) peut s'effectuer par une identification des paramètres des équations de modélisation de la cellule élémentaire avec des paramètres des équations physiques du limiteur.

Les paramètres a(x), β{χ) dépendent notamment de caractéristiques géométriques et physiques des micro-pointes.

L'invention a notamment pour principaux avantages :

• de permettre une conception d'un limiteur de puissance en contrôlant de manière précise sa constitution physique afin de contrôler les caractéristiques de limitation dudit limiteur ;

• de permettre un fonctionnement dégradé du limiteur selon l'invention sans limitation de ses performances ;

• d'avoir un comportement large bande.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en regard des dessins annexés qui représentent :

• la figure 1 : une chaîne de transmission radiofréquence ;

• la figure 2a : un schéma de principe d'un limiteur distribué selon l'invention pour un mode de réalisation utilisant une technologie micro-ruban ; « la figure 2b : un schéma de principe du limiteur distribué selon l'invention pour un mode de réalisation utilisant une technologie coplanaire ;

• la figure 3 : un modèle électromagnétique d'une cellule élémentaire du limiteur distribué selon l'invention ; • la figure 4 : plusieurs réalisations possibles d'une diode d'une cellule élémentaire du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 5a : un premier exemple d'un motif de base composant une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 5b : un deuxième exemple d'un motif de base composant une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 5c : un troisième exemple d'un motif de base composant une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ; • la figure 5d : un quatrième exemple d'un motif de base composant une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 5e : un cinquième exemple d'un motif de base composant une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 6 : plusieurs étapes possibles d'un procédé de conception d'un limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 7 : une modélisation d'une cellule de référence d'une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ; • la figure 8a : une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 8b : une première vue en coupe d'une première réalisation de la ligne de transmission selon un premier axe ;

• la figure 8c : une ligne de transmission du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 8d : une deuxième vue en coupe, selon un deuxième axe, de la première réalisation de la ligne de transmission ;

• la figure 8e : un couplage capacitif réalisé dans une structure du limiteur distribué selon l'invention ; « la figure 8f : un couplage inductif réalisé dans une structure du limiteur distribué selon l'invention ;

• la figure 9 : une électrode de déclenchement ;

• la figure 10 : une vue en coupe, selon le premier axe, d'une deuxième réalisation de la ligne de transmission ; • la figure 1 1 : une vue en coupe, selon le premier axe, d'une troisième réalisation de la ligne de transmission selon l'invention.

Description de l'invention

La figure 1 représente une chaîne de transmission radiofréquence 1 connue. La chaîne de transmission radiofréquence 1 comporte notamment une première chaîne d'émission 2 et une deuxième chaîne de réception 3. Chaque chaîne, d'émission 2 ou de réception 3, comporte :

• une antenne 4, 5 ;

• un filtre 6, 7 ;

• un amplificateur 8, 9.

La chaîne d'émission 2 comporte un émetteur 1 1. La chaîne de réception 3 comporte un récepteur 10. Un limiteur 12 est, par exemple, placé sur la chaîne de réception 3 entre un premier filtre 6 et un premier amplificateur 8.

Le limiteur 12 peut, dans un autre mode de réalisation, être placé entre l'antenne 5 et le premier filtre 6. Le limiteur 12, ainsi placé sur la chaîne de réception 3, permet d'éviter une saturation ou une mise hors fonction notamment du premier amplificateur 8 et du récepteur 10.

Les figures 2a et 2b représentent des schémas de principe d'un limiteur distribué 20 selon l'invention.

La figure 2a représente en particulier un limiteur distribué 20, selon l'invention, adapté à un mode de réalisation utilisant une technologie micro-ruban. Une technologie micro-ruban, utilise un ruban conducteur sur une face duquel est placé un matériau diélectrique et dont l'autre face compose un plan de masse.

La figure 2b représente un limiteur distribué 20, selon l'invention, adapté à un mode de réalisation utilisant une technologie coplanaire. La technologie coplanaire permet l'utilisation de deux plans de masse séparés par une surface conductrice. Le limiteur distribué 20 selon l'invention à une longueur L _t correspondant à la longueur d'une ligne de transmission 25 faisant partie du limiteur distribué 20. La longueur L _t est notamment choisie de manière à obtenir une propagation du signal le long de la totalité de la ligne de transmission 25. Par exemple, la longueur de la ligne de transmission 25 peut être de l'ordre de la longueur d'onde maximale du signal à propager le long de la ligne de transmission 25. La valeur locale de la puissance moyenne du signal évolue au fur et à mesure de la progression de l'onde dans la ligne de transmission 25. Ainsi, un limiteur distribué 20 selon l'invention peut être représenté comme une suite de plusieurs premières cellules élémentaires 21 , 22, 23, 24. Lesdites cellules élémentaires présentent une variabilité de paramètres géométriques calculés de manière à assurer une répartition de puissance telle que désirée. Ladite variabilité dépendant de la position de la cellule élémentaire le long de la ligne de transmission 25 et du module de la tension de l'onde au niveau de la cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24. Les premières cellules élémentaires 21 , 22, 23, 24 sont montées en série et forment ainsi la ligne de transmission 25. Chaque première cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24 comporte notamment :

• une inductance 21 1 , 221 , 231 , 241 , composant en partie une première ligne principale 26 ; • une première capacité 212, 222, 232, 242, montée en parallèle par rapport à la première ligne principale 26, chaque première capacité 212, 222, 232, 242 étant reliée à un potentiel de masse 214, 224, 234, 244 ;

• une première diode 213, 223, 233, 243 montée en parallèle avec la première capacité 212, 222, 232, 242 ;

• une première résistance optionnelle, non représentée, placée en série avec l'inductance 21 1 , 221 , 231 , 241 .

Les premières cellules élémentaires 21 , 22, 23, 24 sont reliées par la première ligne principale 26, composée notamment par les inductances 21 1 , 221 , 231 , 241 , et par une ligne de masse 27 reliant les premières capacités 212, 222, 232, 242 et les premières diodes 213, 223, 233, 243 montées en parallèle.

La figure 2b représente un limiteur distribué 20 comportant une deuxième ligne de masse 270 symétrique à la première ligne de masse 27 par rapport à la première ligne principale 26. Le limiteur distribué 20 comporte notamment des deuxièmes cellules élémentaires 210, 220, 230, 240 comportant chacune une première cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24 telle que représentée sur la figure 2a et :

• une deuxième masse 21 6, 226, 236, 246 ; • une deuxième capacité 215, 225, 235, 245, montée en parallèle par rapport à la première ligne principale, chaque deuxième capacité 212, 222, 232, 242 étant reliée au potentiel de masse 214, 224, 234, 244 ;

• une deuxième diode 217, 227, 237, 247 montée en parallèle avec la deuxième capacité 215, 225, 235, 245. La première résistance optionnelle permet, par un choix judicieux de ses caractéristiques, de contrôler les pertes d'insertions de chaque première cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240. De manière préférentielle, la valeur de la première résistance optionnelle est choisie la plus faible possible. La valeur minimale à donner à la première résistance optionnelle est donnée par le mode de réalisation des couches métalliques réalisant le limiteur 20 selon l'invention.

Les diodes 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 peuvent être des diodes à vide ou encore des éclateurs à gaz. Par la suite on s'intéresse particulièrement aux diodes à vide. Chaque diode 21 3, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 peut être réalisée par une microstructure en forme de pointes, ou micro-pointes. La ligne de transmission 25 est alors chargée par les micro-pointes. Les micro-pointes peuvent être métalliques, jouant ainsi le rôle de diodes passives aux caractéristiques non linéaires et à transfert balistique d'électrons à travers le vide ou dans un gaz. Une diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 est un élément non linéaire se mettant à conduire lorsque

la puissance du signal la traversant dépasse un certain seuil, c'est à dire lorsque le champ électromagnétique induit est de valeur suffisamment importante. La puissance d'un signal passant dans la ligne de transmission 25 est ainsi dissipée de manière progressive par les micro-pointes. Ainsi, chaque diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 émet des électrons pour dissiper localement la puissance selon une loi de dissipation souhaitée. Le signal incident peut parcourir la ligne de transmission 25 indifféremment de la gauche vers la droite ou de la droite vers la gauche.

Une telle structure d'une ligne de transmission 25 comporte donc avantageusement des éléments de limitation de puissance redondants : les cellules élémentaires 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240. Cette redondance permet de conserver un fonctionnement non altéré de la ligne de transmission 25 même lorsque quelques cellules élémentaires 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 sont détruites suite à de trop fortes impulsions de puissance incidente par exemple. Des cellules redondantes 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 peuvent alors prendre le relais.

Une telle structure d'une ligne de transmission 25 permet donc une distribution de la fonction limitatrice de puissance en dissipant la puissance sur un nombre N entier d'éléments de limitation répartis sur une longueur L _t de la ligne de transmission 25. Sur les figures 2a, 2b, N vaut par exemple quatre. La distribution de la fonction limitatrice de puissance permet de réduire les contraintes sur la réalisation de chaque cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 en améliorant ainsi la tenue globale de la ligne de transmission 25 sous de fortes puissances du signal incident. Un avantage lié à l'utilisation d'une réalisation coplanaire du limiteur 20, est d'avoir une symétrie dans la ligne de transmission 25 permettant une répartition efficace de la dissipation du signal.

La figure 3 représente un modèle électrique 30 d'une cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 du limiteur distribué 20 selon l'invention. Le modèle électrique 30 est applicable à une cellule élémentaire d'une ligne de transmission 25 réalisée en utilisant par exemple une technique coplanaire, micro-ruban, ou autre. Une différence de tension entre la ligne de masse 27, 270 et la première ligne principale 26, est notée V. Un

courant l _θ entre dans la ligne de transmission 25 et un courant l _s sort de la ligne de transmission 25. La première ligne principale 26 comporte une résistance notée R et une inductance notée L. La résistance R modélise les pertes de la ligne de transmission 25. Une capacité C de la ligne de transmission 25 représente la capacité 212, 222, 232, 242, 215, 225, 235, 245. On note Z _d une impédance dynamique liée à un élément dissipatif : la diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247.

La figure 4 représente de manière schématique plusieurs réalisations possibles 41 , 42, 43, d'une diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 d'une cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240.

Chaque cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240, représentée sur la figure 2, comporte notamment un élément unitaire de dissipation sous la forme d'une diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 se trouvant dans un environnement de composition contrôlée. L'environnement peut être composé par un vide ou par un gaz à pression contrôlée. Une diode peut donc être réalisée par une microstructure comportant une ou plusieurs pointes 41 1 , 421 , 422, 431 , 432. Les pointes peuvent être tronquées ou non en leur extrémité.

La figure 3 représente en deux dimensions plusieurs réalisations possibles 41 , 42, 43 d'une diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247. Les diodes peuvent être réalisées dans une tranche de métal et peuvent notamment avoir une épaisseur constante. La figure 4 représente une section de chaque diode 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247.

La forme et les dimensions géométriques des diodes 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 peuvent être définies de façon à répondre à plusieurs exigences comme :

• une première exigence en matière de distorsion du signal parcourant la structure du limiteur distribué 20 ;

• une deuxième exigence concernant un seuil de puissance du signal à partir duquel la cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 dérive une partie de la puissance du signal incident pour la dissiper.

Chaque structure 41 , 42, 43 d'une diode a un comportement propre différent selon la valeur et la polarité du champ électromagnétique généré dans la diode au passage du signal incident.

Chaque diode est composée de deux électrodes conductrices : une première électrode 41 1 , 421 , 431 et une deuxième électrode 412, 422, 432, séparées par un gaz ou par le vide.

Chaque diode peut notamment être caractérisée par trois dimensions :

• une première dimension g représente l'écart entre la première électrode 41 1 , 421 , 431 et la 412, 422, 432 deuxième électrode ;

• une deuxième dimension h représente la hauteur cumulée de la première électrode 41 1 , 421 , 431 et de la deuxième électrode 412, 422, 432 ; • une troisième dimension w représente la largeur de la première électrode 41 1 , 421 , 431 et la 412, 422, 432 deuxième électrode ;

Une première structure 41 de diode peut comporter une première pointe 41 1 réalisant par exemple une cathode, l'anode étant de forme planaire 412, perpendiculairement à la première pointe 41 1 . La première dimension g représente l'écart entre l'extrémité de la première pointe 41 1 et l'anode planaire 412. La deuxième dimension h représente dans ce cas la hauteur de la première pointe 41 1 . La troisième dimension w représente dans ce cas la largeur de la base de la première pointe 41 1 . La deuxième structure 42 de diode peut comporter une deuxième pointe 421 dont l'extrémité est en vis à vis d'une pointe ayant son extrémité tronquée 422. La première dimension g représente l'écart entre l'extrémité de la deuxième pointe 421 et l'extrémité de la pointe tronquée 422. La deuxième dimension h représente la somme de la hauteur de la deuxième pointe 421 avec la hauteur de la pointe tronquée 422. La hauteur de la deuxième pointe 421 et la hauteur de la pointe tronquée 422 peuvent être égales à h/2. La troisième dimension w représente la largeur de la base de la deuxième pointe 421 et de la base de la pointe tronquée 422 par exemple.

La troisième structure 43 de diode peut comporter deux pointes 431 , 432 en vis à vis. La première dimension g représente l'écart entre

l'extrémité de la troisième pointe 431 et l'extrémité de la quatrième pointe 432. La deuxième dimension h représente la somme de la hauteur de la troisième pointe 431 avec la hauteur de la quatrième pointe 432. La hauteur de la troisième pointe 431 et la hauteur de la quatrième pointe 432 peuvent être égales à h/2. La troisième dimension w représente la largeur de la base de la troisième pointe 431 et de la base de la quatrième pointe 432 par exemple.

Dans la deuxième structure 42 et dans la troisième structure 43, la deuxième pointe 421 et la pointe tronquée 422, la troisième pointe 431 et la quatrième pointe 432 peuvent jouer le rôle de l'anode ou de la cathode suivant la polarité du signal incident. En prenant un premier exemple : si un signal incident de polarité négative arrive sur la deuxième pointe 421 , alors celle-ci se comporte comme une cathode et émet des électrons, la pointe tronquée 422 se comporte alors comme une anode. En prenant un deuxième exemple : si un signal incident de polarité positive arrive sur la deuxième pointe 421 , alors celle-ci se comporte comme une anode, et les électrons sont émis par la pointe tronquée 422 qui se comporte, dans ce cas, comme une cathode. Dans le deuxième exemple, la pointe tronquée 422 émet moins d'électron de par sa géométrie que la deuxième pointe 421 dans le premier exemple.

Les deuxième et troisième structures 42, 43 permettent donc de traiter des signaux incidents de différente polarité. De plus les deuxième et troisième structures 42, 43 permettent avantageusement de régler les seuils de déclenchement de la limitation en fonction de la puissance du signal incident et ceci en dimensionnant de manière appropriées les électrodes. Grâce aux deuxième et troisième structures 42, 43 selon l'invention les signaux incidents peuvent être traités de manière à obtenir, en sortie du limiteur selon l'invention, une plus ou moins forte variation de phase sur le signal, selon le changement de puissance du signal incident. Donc pour une gamme de puissances données, on peut faire varier plus ou moins la phase du signal sortant du limiteur suivant les puissances du signal incident.

Les dimensions w, h, g des diodes peuvent être définies en fonction de contraintes hyperfréquences et de phénomènes physiques mis en œuvre dans la limitation de puissance.

Une distance de séparation g entre les deux électrodes de l'ordre du micromètre ou sub-micronique permet d'obtenir des champs électromagnétiques intenses avec de faibles valeurs de tension aux bornes des électrodes. Le choix de la structure géométrique utilisée permet s d'augmenter les valeurs des champs électromagnétiques notamment en utilisant des structures favorisant des effets dits de pointe.

Les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e représentent plusieurs exemples de réalisation d'un limiteur de puissance 20 et notamment un schéma d'assemblage des diodes 213, 223, 233, 243, 217, 227, 237, 247 selon une technologie coplanaire.

Le limiteur de puissance 20 est par exemple réalisé à partir d'une ligne de transmission coplanaire 50 telle que la ligne de transmission 25 représentée sur la figure 2b. La ligne de transmission coplanaire 50 comporte une double distribution 51 , 52 de diodes 53, 54 par exemple des diodes à vide. Les deux distributions 51 , 52 s'étendent de part et d'autre d'une deuxième ligne principale 55 telle que la première ligne principale 26 représentée sur la figure 2b. Deux plans de masse 51 1 , 512 sont situés de part et d'autre de l'ensemble composé par les deux distributions 51 , 52 et de la deuxième ligne principale 55. Les deux plans de masse 51 1 , 512 correspondent aux deux lignes de masse 27, 270 représentées sur la figure 2b. Un schéma d'assemblage de diodes peut se caractériser par un motif de base 53, 54, 56, 57, 58 comportant une ou plusieurs diodes. Les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e présentent des exemples de plusieurs motifs de base 53, 54, 56, 57, 58 pouvant composer une ligne de transmission 50. D'autres exemples de motifs de base peuvent composer une ligne de transmission 25.

Un premier motif de base 53 est représenté sur la figure 5a. Le premier motif de base 53 comporte deux diodes 531 , 532, 533, 534 sur chaque distribution. Les diodes 531 , 532, 533, 534, composant le premier motif de base 53, utilisent la deuxième structure 42 représentée sur la figure 4. Une première diode 531 de la première distribution 51 peut être inversée par rapport à une deuxième diode 532 de la première distribution 51 . Par exemple, dans la première diode 531 , la pointe tronquée 422 se trouve en

bas tandis que dans la deuxième diode 532, la pointe tronquée 422 se trouve en haut. Une troisième diode 533 de la deuxième distribution 52 peut se trouver inversée par rapport à la première diode 531 de la première distribution 51. Par exemple, la pointe tronquée 422 de la troisième diode 533 se trouve en haut. Une quatrième diode 534 peut être inversée par rapport à la troisième diode 533 et par rapport à la deuxième diode 532. Par exemple, la pointe tronquée 422 de la quatrième diode 534 peut se trouver en bas tel que sur la figure 5a. Le premier motif de base 53 peut ainsi se répéter le long de la ligne de transmission 50. On peut également réaliser une symétrie entre les motifs des deux distributions 51 , 52 : par exemple une première partie 535 de la ligne de transmission 50 comporte une répétition du premier motif de base 53 et une deuxième partie 536 de la ligne de transmission 50 peut être obtenue par une symétrie de la répétition du premier motif de base 53 par rapport à une ligne de séparation 537 entre la première partie 535 et la deuxième partie 536.

Un deuxième motif 54 est représenté sur la figure 5b. Le deuxième motif de base comporte deux diodes 540, 541 selon la première structure 41 représentée sur la figure 4. La structure d'une cinquième diode 540 de la première distribution 51 peut être inversée par rapport à la structure d'une sixième diode 541 de la deuxième distribution 52. Par exemple, la pointe 41 1 de la cinquième diode 540 peut se situer sur la partie basse de la première distribution 51 et la pointe 411 de la sixième diode 541 peut se situer sur la partie haute de la deuxième distribution 52.

Un troisième motif 56 est représenté sur la figure 5c. Le troisième motif 56 est identique au deuxième motif 54. La distance entre les motifs successifs peut être plus importante comme sur la figure 5b ou plus faible comme sur la figure 5c.

Un quatrième motif 57 est représenté sur la figure 5d. Le quatrième motif 57 comporte deux diodes 570, 571 du type de la troisième structure 43 représentée sur la figure 4.

Un cinquième motif 58 possible est représenté sur la figure 5e. Le cinquième motif 58 comporte deux diodes 580, 581 du type de la première structure 41 représentée sur la figure 4. Une partie supérieure 582 de la première distribution 51 comporte une pointe 41 1 d'une septième diode 580, une partie inférieure 583 de la deuxième distribution 52 comporte une pointe

411 d'une huitième diode 581. La première ligne principale 55, correspondant à une partie centrale entre les deux distributions 51 , 52, comporte deux encoches 584, 585. Les encoches 584, 585 sont situées en opposition et en décalage avec la pointe 411 de chaque diode 580, 581. Une telle ligne de transmission 50 est donc de largeur non constante. Les encoches 584, 585 permettent notamment de créer une chute de tension éventuelle en cas de claquage d'une des diodes 580, 581. On obtient ainsi une autolimitation des courants dans les pointes 41 1.

Un limiteur distribué selon l'invention est donc décomposable en cellules élémentaires de même modèle électrique 30 représenté sur la figure 3. En faisant varier les paramètres de dimensionnement des diodes ainsi que leur structure, il est donc possible d'obtenir diverses configurations de limiteurs distribués selon l'invention, notamment en alternant les motifs de base 53, 54, 56, 57, 58 de manière asymétrique. Les différentes variantes dans les formes de lignes de transmission 50 permettent de faire varier des paramètres de capacitance et d'inductance de la structure de limiteur distribué afin de donner plus de liberté dans les choix de conception du limiteur selon l'invention.

La puissance du signal reçu est donc dissipée progressivement par les diodes le long de la ligne de transmission 50 propageant le signal de diode en diode.

La figure 6 représente un procédé 60 de conception du limiteur distribué 20 selon l'invention. Le procédé comporte plusieurs étapes possibles 61 , 62, 63, 64, 65.

Une première étape 65 de conception d'un limiteur distribué 20 peut être une étape de définition de spécifications en matière de performances souhaitées pour le limiteur distribué 20. Cette étape de définition de spécifications permet de définir des paramètres de fonctionnement du limiteur distribué 20.

Les paramètres de fonctionnement pouvant être définis sont décrits ci-après.

Un premier paramètre est une perte d'insertion du limiteur distribué P| _L dans un cas de fonctionnement linéaire du limiteur. Un fonctionnement linéaire peut être obtenu lorsqu'il n'y a pas d'effets non linéaires dus au claquage des diodes dans le distributeur 20. La perte d'insertion est choisie, de manière préférentielle, la plus faible possible dans le cas linéaire. Il est à noter que la perte d'insertion du limiteur est différente d'une perte d'insertion du dispositif de limitation incluant les pertes dues à la technologie employée pour réaliser le boîtier protecteur du limiteur 20.

Un deuxième paramètre est une longueur totale L _t de la ligne de transmission 50. C'est sur la longueur L _t de la ligne de transmission que la plus grande partie de la puissance du signal incident est dissipée. Il faut alors que la puissance résiduelle du signal soit suffisante pour être exploitée en sortie de la ligne de transmission 50. La longueur de la ligne de transmission 50 peut être choisie en fonction de la longueur d'onde du signal se propageant dans la ligne de transmission 50. Notamment L _t peut être choisie de la façon suivante : L _t = λlA , avec λ la longueur d'onde du signal se propageant de manière à minimiser globalement la longueur de la ligne de transmission 50. La longueur L _t ainsi calculée permet avantageusement d'obtenir un limiteur distribué 20 occupant une surface peu importante, tout en ayant une bonne propagation du signal le long de la ligne de transmission 50.

Un troisième paramètre est une bande de fréquences utiles [Fmin ;F _ma χ]- Le limiteur distribué 20 fonctionne dans les limites de la bande de fréquences utiles. On ne s'intéresse donc pas aux performances du limiteur distribué 20 en dehors de la bande de fréquences utiles.

Un quatrième paramètre est une paire d'impédances caractéristiques aux accès du limiteur distribué 20 lorsque celui-ci fonctionne en mode linéaire. Une première impédance nommée par exemple Z _cin est une impédance à l'entrée du limiteur distribué 20. Une deuxième impédance nommée par exemple Z _cout est une impédance à la sortie du limiteur distribué 20.

Un cinquième paramètre est une puissance seuil P _d à l'entrée du limiteur distribué à partir de laquelle le dispositif limiteur selon l'invention commence à limiter, c'est à dire à produire des signaux en sortie du dispositif limiteur dont l'amplitude est moindre que l'amplitude d'entrée.

Un sixième paramètre est une puissance maximale P _cm ax à l'entrée du limiteur distribué 20, considérée comme la puissance maximale que le dispositif peut dissiper sans être détruit.

Un septième paramètre est une puissance maximale de sortie Pm du limiteur distribué 20. Pm est une puissance maximale vue par un dispositif situé en aval du limiteur distribué 20 lorsque la puissance à l'entrée du limiteur est à la puissance maximale P _cm ax- Le dispositif situé en aval est par exemple un filtre, un amplificateur faible bruit.

Un huitième paramètre est une variation maximale δτ d'un retard τ du signal en sortie du limiteur par rapport au signal à l'entrée du limiteur 20, lorsque la puissance du signal à l'entrée du limiteur 20 passe d'une valeur proche de zéro à une valeur proche de P _cmax - Le signal appartient alors à la bande de fréquences utiles [F _min ;F _max ].

Une deuxième étape 62 peut être une étape de détermination des équations d'une modélisation d'une ligne de transmission 50 d'un limiteur distribué. A partir d'équations théoriques de modélisation de la ligne de transmission 50 et en utilisant les paramètres de spécifications définis au cours de la première étape 61 , les paramètres de modélisation de la ligne de transmission 50 peuvent être déterminés.

La figure 7 permet de définir des paramètres de modélisation d'une cellule de référence 70 de la ligne de transmission 50 du limiteur distribué 20 selon l'invention. Le limiteur distribué selon l'invention est assimilable à une suite de cellules unitaires telles que la cellule de référence 70. Si x est une position de l'entrée d'une cellule de référence 70 sur la ligne de transmission 50, alors x + dx est une position de la sortie de la cellule de référence 70 sur la ligne de transmission 50. L'intensité du courant à l'entrée I(x) àe la cellule de référence 70 dépend donc de la position x . De même l'intensité du courant à la sortie de la cellule de référence 70 dépend de la position de la sortie sur la ligne de transmission. On peut donc noter I (x + dx) l'intensité du courant de sortie de la cellule de référence 70. De la même manière les tensions à l'entrée et à la sortie de la cellule de référence 70 dépendent de la position de la cellule de référence 70 sur la ligne de transmission 50. On note donc V(x) la tension d'entrée de la cellule de référence 70 et V (x + dx) la tension de sortie de la cellule de référence 70.

De la même manière, l'inductance L , la capacité C dépendent de la position x . En général, une résistance linéique R{x) peut être ajoutée en série avec l'inductance L(x) comme sur la figure 3. Dans un mode de réalisation préféré, on choisit R(x) proche de zéro afin d'avoir des pertes au niveau du limiteur les plus faibles possibles. On cherche en effet à avoir une structure de limiteur où la perte en fonctionnement linéaire est la plus faible possible. La perte du limiteur est donc donnée uniquement par Rv (x) , Rv (x) étant une résistance liée à l'élément dissipatif et notamment aux pointes 41 1 , 421 , 431 , 422, 432 d'une diode. Rv (x) est donc une résistance variable non linéaire dépendant localement de i . En pratique Rv(x) est réalisée par une microdiode, par exemple une ou plusieurs micro-diodes à vide, caractérisées par l'impédance dynamique Z _d représentée sur la figure 3.

Le courant dans la résistance Rv (x) peut être approximé par la formule suivante : I(x) = a(x)V(x) + β(x)V ³ (x) (1000)

Ceci revient à exprimer Rv(x) sous la forme :

Rv(x) = - — (1001 ) a(x) + 3β(x)V ² (x)

La loi de courant dans la résistance Rv (x) (1000) est un polynôme comportant uniquement des termes d'ordre impair afin que le signal sortant du limiteur 20 contienne un nombre réduit d'harmoniques paires. Ceci permet d'avoir une bonne précision de mesure de la phase du signal en sortie du limiteur 20. En effet, les harmoniques paires réduisent la précision de mesure de la phase du signal. Dans les formules (1000) et (1001 ), le paramètre a{x) est un paramètre représentant une dissipation dans un cas de fonctionnement linéaire du limiteur 20 selon l'invention. Le paramètre a{x) est souhaité le plus faible possible.

Dans les formules (1000) et (1001 ), le paramètre β{x) est un paramètre représentant une dissipation dans un cas de fonctionnement non linéaire du limiteur 20 selon l'invention. Le paramètre β{x) et la longueur L _t de la ligne de transmission 50 sont liés pas une relation complexe faisant intervenir à la fois des paramètres d'ordre thermique et des paramètres liés à la variation de phase des signaux restitués en sortie du limiteur 20. Par exemple, plus β{x) est important, plus la dissipation est importante. Par ailleurs, plus β{x) est important, plus il est nécessaire d'augmenter la longueur L _t de la ligne de

transmission 50 afin de ne pas élever la température de la ligne de transmission au-delà d'une valeur critique de sublimation des métallisations de la structure du limiteur 20. Cependant, plus la longueur L _t de la ligne de transmission 50 est importante, plus la variation de la phase du signal, en 5 sortie du limiteur, est importante. Il est donc nécessaire d'effectuer un choix dans la conception du limiteur en fonction des spécifications imposées.

Une équation fondamentale de propagation d'un signal électromagnétique dans une suite de cellules d'une ligne de transmission 50, comme la cellule de référence 70, peut être : Q ^^_ _LC ^^_ _αWL M^_ ₉ ^ _)Ly2 ^^ _{= 0 (1002)} dx dt dt dt

L'équation (1002) est applicable quelque soit la puissance des signaux incidents en entrée de la ligne de transmission 50.

En tout point de la ligne de transmission 50, l'impédance caractéristique peut être donnée par l'expression suivante :

L'impédance caractéristique Zc(x) peut varier par exemple entre et Z _∞ ut si Zcin est différente de Z _cou t- Cette variation de l'impédance caractéristique Zc(x) peut être obtenue de différentes manières et notamment en utilisant un « taper de Klopfenstein » qui est très compact. Un « taper » est une ligne à0 variation continue d'impédance.

Le courant instantané l{χ,t) le long de la ligne de transmission 50 peut être donné par la formule suivante :

^/ M ⁼ vττ ⁽¹⁰⁰⁴⁾

Le courant instantané I _d {χ,t) dans une pointe d'une diode symbolisée par5 Rv(x) est donné par la formule :

Une autre équation concernant la dissipation contrôlée de la puissance tout au long de la ligne de transmission 50 peut être mise en oeuvre. Le contrôle de la dissipation dans la structure peut s'effectuer en définissant une0 répartition moyenne dans le temps de la puissance linéique dissipée Pm(x) : ^≈ ' ^M « ^ioo6)

Où T représente une période temporelle du signal incident.

Par exemple, si l'on veut une dissipation constante le long de la ligne de transmission, on peut prendre une fonction /(^) constante.

On peut par la suite, avec la formule de la puissance linéique dissipée Pm(x) (1006), calculer pour chaque configuration [ L(x) , C(x) , Rv (x) ] de la ligne de transmission 50 la puissance dissipée Pm(x) . Ensuite, en utilisant une procédure itérative par exemple, on peut trouver une configuration [L(x) , C{x) , Rv(x) ] donnant à f( _x ) une forme souhaitée. On peut également trouver une configuration [L(x) , C(x) , Rv (x) ] produisant une variation maximale δτ du retard τ pour toute la gamme des fréquences utiles [Fmin ;F _ma χ] et toute la gamme des puissances du signal incident à l'entrée du limiteur jusqu'à la puissance maximale P _cmax - On peut par exemple balayer toues la gamme des fréquences utiles et toute la gamme des puissances du signal incident à l'entrée du limiteur afin de déterminer un ensemble de configurations [L(x) , C(x) , Rv (x) ] et parmi cet ensemble de configurations, on choisit celle minimisant δτ. Pour obtenir l'ensemble des configurations [L(x) , C(x) , Rv (x) ] on peut, par exemple, modéliser la ligne de transmission

50. Puis à partir de la modélisation et des paramètres de fonctionnement du limiteur distribué précédemment définis, une simulation numérique permet d'obtenir les différentes configurations minimisant δτ. Il est par exemple possible d'utiliser des algorithmes génétiques convergeant vers une configuration minimisant δτ.

En pratique, il faut noter que si f( _x ) est constante et si Zc(x) est aussi constante, alors la répartition de la température Tp(x) le long de la ligne de transmission 50 est de forme parabolique avec un maximum prenant la valeur Tp _max pour une valeur de x = L/2 , correspondant au milieu de la ligne de propagation ou ligne de transmission 50. Les températures à l'entrée et à la sortie de la ligne de propagation 50 sont, quant à elles, un peu supérieures à la température ambiante. Il y a donc un risque que Tp _max dépasse une valeur critique au-delà de laquelle il y a sublimation du matériau réalisant le limiteur 20, ou encore destruction possible des pointes 41 1 , 421 , 431 , 422, 432. C'est pourquoi, si on souhaite optimiser la structure du limiteur distribué 20, et en particulier lorsqu'un flux de puissance continu arrive à l'entrée de la structure du limiteur distribué 20, on choisit par exemple pour f( _x ) une forme de type :

Où A est un facteur proportionnel à la puissance du signal parcourant la structure du limiteur distribué 20.

La forme (1007) de f( _x ) permet d'aboutir à une distribution de puissance le long de la ligne de transmission 50 conduisant notamment à une température constante le long de la ligne de transmission 50.

Pour concevoir un limiteur distribué 20 selon l'invention, on dispose donc d'un ensemble d'équations constitutives du fonctionnement du limiteur distribué selon l'invention comme les équations (1001 ) à (1007). Les équations constitutives du limiteur distribué 20 permettent d'assimiler le limiteur distribué à une ligne de propagation définie par une distribution linéique des paramètres de modélisation de la cellule de référence 70 [ L(x) , C(x) , Rv(x,V(t)) ] (1008), quelque soit la technologie de réalisation employée. Dans la distribution linéique (1008), la résistance variable Rv dépend de la variation instantanée de la tension v(t) du signal à traiter.

Au cours de la première étape 65 de conception d'un limiteur distribué 20 les spécifications de fonctionnement du limiteur distribué 20 sont définies. Les spécifications définies peuvent alors être introduites dans les équations constitutives du fonctionnement du limiteur distribué 20 selon l'invention. Les spécifications, ou paramètres de fonctionnement, peuvent être introduites dans les équations constitutives de plusieurs manières :

• soit comme conditions aux limites dans les équations différentielles (1002), (1006), comme et Z _cou t aux entrées, sorties de la ligne de transmission 50 pour l'équation (1002), ou encore P _cm ax pour l'équation (1006) ;

• soit comme résultat attendu des équations différentielles (1002), (1006), comme Pm lorsque l'on a P _cm ax à l'entrée du limiteur distribué 20 pour l'équation (1006).

Les équations constitutives du limiteur distribué 20 étant non linéaires, et donc non résolubles par des méthodes analytiques, on cherche donc à les résoudre par des méthodes de calcul numérique connues par ailleurs. La résolution d'équations constitutives du limiteur distribué 20 permet de déterminer la distribution linéique [ L(x) , C(x) , Rv(x,V(t)) ] des paramètres géométriques de la structure du limiteur distribué 20.

Une troisième étape 63 de conception d'un limiteur distribué 20 peut être une étape de choix d'une technologie de réalisation du limiteur distribué 20 selon l'invention. Par exemple un concepteur du limiteur distribué 20 peut choisir un type de ligne de transmission coplanaire utilisant un procédé silicium d'un fondeur particulier ou une technologie de guide d'onde métallique creux. Chaque procédé technologique a ses propres contraintes, notamment en termes de géométrie, de matériaux utilisables.

Des contraintes géométriques peuvent être : • des dimensions maximales et minimales des motifs géométriques pouvant être produits en fonction d'une hauteur maximale d'un substrat utilisé, d'une résolution de lignes métalliques ; les dimensions maximales des motifs géométriques sont notamment utiles afin de définir les géométhes des pointes 41 1 , 421 , 431 , 422, 432 des diodes représentées sur la figure 4.

• des formes de pointes 41 1 , 421 , 431 , 422, 432 pouvant être produites selon un procédé technologique de réalisation choisi.

D'autres contraintes technologiques de réalisation peuvent être prises en compte comme : • des types de matériaux utilisés : conducteurs et diélectriques ;

• une symétrie des électrodes des diodes pour effectuer un traitement optimal de la phase du signal si nécessaire ;

• la présence ou non d'un gaz dans la structure du limiteur 20 et un type de gaz à utiliser : un critère de décision peut être une gamme spécifique de puissances à traiter ;

• des contraintes liées aux matériaux utilisés, comme une température maximale du métal choisi avant l'étape de sublimation.

Les choix technologiques effectués conditionnent notamment la forme des équations physiques de fonctionnement d'une pointe dans son environnement.

Une quatrième étape 64 est donc une étape de définition des équations physiques de fonctionnement d'un limiteur distribué 20 selon l'invention. Une équation physique de fonctionnement d'une pointe d'un limiteur distribué 20 peut être par exemple une formule reliant le courant

instantané dans la pointe, noté I _p , avec la tension instantanée V(O aux bornes de la pointe :

I _p (V) = aV(t) + $V ³ (t) + jV ⁵ (t) + ... (1009)

/^ est notamment défini selon les équations physiques du limiteur distribué, dépendantes du type de technologies employées. Différentes lois physiques peuvent être mises en œuvre comme les lois de Fowler-

Nordheim, Richardson-Dushman. La suite de la quatrième étape 64 s'applique de la même manière pour les différentes lois physiques.

Les paramètres a,β, γ , de l'équation (1009) sont directement reliés aux caractéristiques géométriques et physiques des pointes du limiteur 20, comme des travaux W _M de sortie des matériaux constituant les pointes, une forme F , ainsi qu'une distance δ entre une pointe de chaque électrode et la ligne en vis-à-vis du limiteur distribué 20. La distance δ dépend de la position de l'électrode le long de la ligne de transmission (25). Par exemple, on peut noter : a = f(W _M ,F,δ) (1010) β = f(W _M ,F,δ) (101 1 ) γ= f(W _M ,F,δ) (1012)

Les travaux W _M de sortie des matériaux représentent l'énergie fournie par le signal entrant au métal constituant les pointes pour faire passer des électrons du métal dans le vide par exemple. La forme F correspond par exemple à une forme plus ou moins arrondie de la pointe pouvant se caractériser par deux rayons de courbures r et r' et une épaisseur e. Les deux rayons de courbures r et r' peuvent être un premier rayon de courbure r perpendiculaire au plan de la ligne de transmission 50 et un deuxième rayon de courbure r' parallèle au plan de la ligne de transmission 50. Le premier rayon de courbure r peut notamment dépendre de l'épaisseur e de la pointe. La formule (1009) exprimant I _p (V) peut se représenter sous la forme suivante : dI _p (V)ldV = a + βV ² (t) + (1013)

L'équation (1013) définit la conductance G _p (V)du limiteur distribué 20 selon l'invention.

On peut prendre un exemple d'un limiteur distribué 20 réalisé sous vide sans chauffage thermique des électrodes. Dans ce cas, la loi de Fowler-

Nordheim s'applique à une émission d'électrons par les diodes du limiteur 20. Une relation liant le courant I _d dans une diode et la tension y dans la diode est alors :

/, (V) = O pour V ≤ O où a et b sont deux constantes, dites de Fowler-Nordheim, r est un facteur d'amplification de champ lié au rayon de courbure des électrodes, et δ est la distance inter électrodes.

En effectuant un développement limité de la relation (1014), on obtient pour V > 0 :

Cette relation est vraie pour V > 0 dans le cas d'une diode asymétrique avec /,, (V) = O pour V < 0 .

En combinant deux diodes asymétriques de manière anti-parallèle ou en utilisant une diode symétrique, on peut obtenir une caractéristique ayant une fonction I _d (V) impaire définie pour V > 0 et V ≤ O . L'équation du courant (1015) devient alors :

L'expression (1016) est une fonction impaire et dont la forme générale est proche d'une fonction cubique. En assimilant /^ (V) à I _p (V) on obtient : = aV(t) + + JV ⁵ (t) + ... (1017)

Par des méthodes d'approximation et de calcul numérique, il est alors possible d'identifier les coefficients a , β , 7 ^' , liés à l'étude du système du limiteur distribué 20, aux différents coefficients r , d , W _M de l'équation (101 6). On peut donc en déduire des valeurs numériques des paramètres géométriques de chaque cellule élémentaire 21 , 22, 23, 24, 210, 220, 230, 240 représentée sur les figures 2a, 2b. La démarche est la même pour d'autres lois physiques.

Une cinquième étape 65 est une étape de calcul de paramètres de dimensionnement géométrique du limiteur distribué 20 selon l'invention. A partir des équations de fonctionnement physiques des pointes du limiteur 20, et à partir des résultats obtenus par la résolution d'équations constitutives du limiteur distribué 20, on peut déterminer notamment deux types de paramètres définissant une structure du limiteur 20 à fabriquer.

Un premier type de paramètres de définition de la structure du limiteur 20 regroupe des paramètres décrivant la géométrie du limiteur, dont notamment : • des caractéristiques de la ligne de transmission 25 comme une largeur, une hauteur ;

• une périodicité des pointes de diodes sur une ligne de transmission 25 ;

• des caractéristiques définissant la forme des pointes ; « un écart entre les pointes d'une diode.

Un deuxième type de paramètres peut comporter notamment les paramètres suivants :

• pression du gaz injecté dans la structure du limiteur 20, notamment entre les électrodes du limiteur 20, la pression du gaz est alors homogène ;

• des paramètres de réglage dynamique des seuils de limitation de puissance selon une méthode de réglage dynamique choisie et liée à une réalisation physique du limiteur 20 tel que décrit plus loin dans le document. Pour déterminer les paramètres de définition de la structure du limiteur 20, il s'agit notamment d'identifier terme à terme les paramètres du développement G _p (V) pour une pointe i, i étant un nombre entier variant de un àN par exemple, N étant le nombre total de pointe du limiteur distribué

20. Et ceci afin d'obtenir une expression G(x,V(t)) pour la conductance en fonction de x et de V(O - On note donc G _p (i,V) \a conductance G _p (V) pour une pointe i. Dans un premier temps, on va passer d'une expression continue de G _p (V) à une expression discrète G _p (i,V) en définissant un nombre N de pointes à répartir sur la structure du limiteur distribué 20. La détermination de N peut s'effectuer de plusieurs manières :

• Une première méthode utilise les résultats obtenus au cours de la deuxième étape 62 par la résolution des équations différentielles constitutives du limiteur distribué 20. Ces résultats permettent notamment d'obtenir une répartition en tout point de position x du limiteur 20 les valeurs des signaux en intensité l{χ,t) et en tension v{x,t). D'autre part, pour une pointe d'une forme, ou structure donnée, il existe un courant maximum I _pmax à ne pas dépasser. En effet, pour le courant I _pmαX , la température de la pointe atteint une valeur critique Tp _max au-delà de laquelle la pointe peut être détruite. Si p est un pas, c'est-à-dire une période spatiale par exemple constante, de la répartition des pointes, on peut écrire :

I _pmax (V) ≈ I(x,V)x p (1017)

/(JC, V) est obtenu pour une longueur L _t choisie de la ligne de transmission 50. Si la période spatiale p est choisie constante, en connaissant la répartition de / sur toute la longueur de la ligne de transmission 50, on peut vérifier que le paramétrage du rayon de courbure des pointes ou l'écartement inter électrodes permet d'assurer la relation (1017) tout au long de la ligne de transmission 50. Auquel cas, on peut définir p comme suit : p = I _pmax (V) /Max(I(x,V(t)j) (1018)

Connaissant la longueur Lo de la ligne de transmission utilisable pour effectuer la fonction limitatrice, avec Lo ≤ L ₇ , , on a alors :

N ≈ Lol p (1019)

• Une deuxième méthode est la suivante : on peut effectuer une simulation thermique permettant de connaître un pas maximal

P _1^x entre deux pointes consécutives de la ligne de transmission 50. On peut donc de la même manière que précédemment en déduire une valeur de N .

• Une troisième méthode utilise une analyse électromagnétique de la structure géométrique de la ligne de transmission 50. L'analyse électromagnétique permet de définir une période spatiale p entre les pointes du limiteur 20 telle que chaque pointe puisse être considérée, du point de vue de son fonctionnement propre, comme indépendante des pointes voisines. On peut de cette manière calculer une valeur de N .

D'autres méthodes peuvent utiliser une période spatiale p variable. Par exemple : lorsque N est déterminé avec un pas p constant et que les performances du limiteur ne sont pas satisfaisante, on peut alors introduire une variabilité du pas p . La variabilité du pas p peut donc intervenir dans le cadre de l'optimisation de la distribution de la température et de la variation minimale de la phase du signal en sortie du limiteur ou du retard τ.

Une fois le nombre de pointes N obtenu, on peut alors compléter le dimensionnement du limiteur 20 en reprenant la distribution /(JC, V) intégrée sur chaque segment d'indice i et de longueur p , de la ligne de transmission 50 afin de déterminer la quantité suivante :

On peut ainsi obtenir les paramètres a β 7 pour chaque segment d'indice i. Les paramètres a β 7 permettent ensuite d'obtenir les paramètres M,F,δ . Les paramètres ainsi obtenus sont ensuite utilisés pour mettre en forme le limiteur distribué 20 selon l'invention notamment en dimensionnant des masques de lithographie, des plans mécaniques permettant de fabriquer le limiteur distribué 20.

Les figures 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f présentent de manière schématique et bidimensionnelle un premier exemple de réalisation d'une structure 801 comportant le limiteur distribué 20 selon l'invention.

La figure 8a représente une ligne de transmission 50, selon l'invention, telle que représentée sur la figure 5a et vue par le dessus. La figure 8b représente une première vue en coupe de la ligne de transmission 50 selon un premier axe 80. Le premier axe 80 est perpendiculaire à la deuxième ligne principale 55 et passe par quatre pointes alignées 81 , 82, 83, 84 et coupées en deux par le premier axe 80. Les structures dissipatives du limiteur 20 sont composées uniquement de métal. Ceci permet d'employer des procédés de fabrication très simples et fiables. Les limiteurs 20 sont par exemple fabriqués en utilisant des techniques dérivées de la microélectronique et des microsystèmes sur tout type de substrat adapté à de hautes fréquences

comme de l'arséniure de gallium, du nitrure de gallium, du silicium à haute résistivité.

Un limiteur distribué 20 selon l'invention en deux dimensions peut être réalisé suivant différentes étapes d'un procédé de réalisation : • une première étape de réalisation peut être une étape de nettoyage d'une tranche de substrat ;

• une deuxième étape de réalisation peut être une étape de dépôt d'un isolant optionnel sur le substrat ;

• une troisième étape de réalisation peut être une étape de dépôt métallique afin notamment de réaliser les électrodes sur le substrat ;

• une quatrième étape de réalisation peut être une étape de photolithographie des motifs des électrodes à partir d'un masque ;

• une cinquième étape de réalisation peut être une étape de gravure du métal déposé au cours de la troisième étape ; • une sixième étape de réalisation peut être une étape optionnelle de gravure d'un oxyde ;

• une septième étape de réalisation peut être une étape de gravure localisée du substrat ;

• une huitième étape de réalisation peut être une étape de nettoyage final des composants du limiteur 20 ainsi réalisés dans une première tranche.

Les composants du limiteur 20 sont notamment les pointes 81 , 82, 83, 84, les plans de masse 51 1 , 512, la deuxième ligne principale 55. Les composants peuvent ensuite être encapsulés dans un environnement contrôlé. Ceci permet d'assurer une bonne durée de vie aux composants du limiteur distribué 20 ainsi que des performances stables dans le temps. Les composants du limiteur 20 peuvent être encapsulés par exemple :

• sous vide ;

• dans un gaz inerte comme l'azote, l'hydrogène ; • dans un gaz rare comme l'hélium, le néon, l'argon.

L'encapsulation sous environnement contrôlé des composants du limiteur 20 permet également de pouvoir contrôler les seuils de déclenchement de la dissipation de puissance.

Les composants du limiteur 20 peuvent donc être protégés dans au moins une cavité 85 hermétique ou étanche dont l'environnement est

contrôlé au cours d'une neuvième étape de réalisation : l'étape d'encapsulation. Au cours de l'étape d'encapsulation, deux substrats 86, 87 peuvent être assemblés au niveau des tranches afin de former la cavité 85 de manière étanche ou hermétique formant ainsi une structure 801 du limiteur selon l'invention.

L'utilisation d'un substrat 86, 87 transparent peut permettre de contrôler de façon optique d'éventuelles dégradations des composants du limiteur 20 et de détecter des arcs électriques pouvant endommager les composants. Un premier substrat 86 est celui de la première tranche réalisée.

Un deuxième substrat 87 correspond à une deuxième tranche préalablement usinée. Le deuxième substrat 87 supporte notamment les pointes 81 , 82, 83, 84 du limiteur 20 ainsi que la deuxième ligne principale 55. Une gravure localisée du deuxième substrat 87 sous les pointes 81 , 82, 83, 84 des électrodes du limiteur 20 permet de libérer les extrémités des pointes 81 , 82, 83, 84 et permet également de faciliter des extractions d'électrons tout en évitant des claquages électriques dans le deuxième substrat 87. Les deux substrats 86, 87 peuvent ensuite être assemblés selon différentes méthodes, par exemple : • soudure eutectique ;

• soudure anodique ;

• thermo compression ;

• soudure directe ;

• colle, polymère. De manière préférentielle, les soudures eutectiques, anodiques et la thermo compression sont utilisées afin d'obtenir un assemblage hermétique.

L'environnement physico-chimique des composants du limiteur 20 est donc défini pendant l'étape d'encapsulation. La pression ainsi que les espèces chimiques de l'environnement peuvent être contrôlées dans un bâti de soudure. Un bâti de soudure peut être une enceinte à vide ou sous gaz neutre permettant de réaliser des soudures sans oxygène. Un bâti de soudure permet notamment d'introduire dans la cavité 85 des espèces chimiques dont la composition a été préalablement définie. Un bâti de soudure permet également de contrôler une pression régnant à l'intérieur de la cavité 85 en instaurant une pression définie dans la cavité 85. Les

espèces chimiques définies sont dans un premier temps introduites dans le bâti de soudure. Puis la pression est imposée à l'intérieur du bâti de soudure. Une fois un équilibre physico-chimique obtenu dans le bâti de soudure, la soudure des substrats est réalisée, garantissant ainsi que l'environnement physico-chimique de la cavité 85 est conforme à l'environnement créé dans le bâti de soudure. Le bâti de soudure peut également permettre d'instaurer un vide dans la cavité 85. Les paramètres de pression et de gaz éventuellement en présence dans la cavité 85 permettent de contrôler un seuil de déclenchement ainsi qu'une éventuelle formation d'arcs électriques. La figure 8c représente une ligne de transmission 50 selon l'invention telle que représentée sur la figure 5a. La figure 8d représente une deuxième vue en coupe de la ligne de transmission 50 selon un deuxième axe 800. Le deuxième axe 800 est notamment parallèle à la deuxième ligne principale 55 et la coupe en deux par exemple. La transmission d'un signal reçu 89 par le limiteur peut s'effectuer depuis des conducteurs métalliques 88 vers la deuxième ligne principale 55 par un couplage réactif à travers le deuxième substrat 87 par exemple.

Les figures 8e et 8f représentent deux schémas électriques de couplage réactif. Le limiteur distribué 20 selon l'invention est représenté de manière schématique à l'intérieur de la cavité 85.

La figure 8e présente un couplage capacitif représenté par quatre capacités 802, 803, 804, 805 par exemple. Chaque capacité 802, 803, 804, 805 comporte par exemple deux plaques métalliques en vis-à-vis du deuxième substrat 87. Une première plaque métallique de chaque capacité est située à l'intérieur de la cavité 85 et reliée avec le limiteur distribué 20. Une deuxième plaque métallique de chaque capacité 802, 803, 804, 805 est par exemple reliée à des entrées/sorties du signal 89 dans la structure 801 du limiteur distribué 20. Les valeurs des capacités 802, 803, 804, 805 sont fonction de la surface des plaques métalliques ainsi que de l'épaisseur et de la permittivité du deuxième substrat 87. Plus l'épaisseur du deuxième substrat 87 est faible et, ou, plus la permittivité relative du deuxième substrat

87 est élevée, plus la valeur de la capacité 802, 803, 804, 805 de couplage peut être importante et ceci pour une même géométrie de couplages réactifs.

La figure 8f représente un couplage inductif réalisé par exemple par quatre inductances 806, 807, 808, 809. Deux premières inductances 806,

809 sont reliées aux entrées/sorties du signal 89 dans la structure 801. Deux deuxièmes inductances 807, 809 sont situées à l'intérieur de la cavité 85 et reliées au limiteur distribué 20. Les premières inductances 806, 809 sont placées en vis-à-vis des deux deuxièmes inductances 807, 809, sur deux faces du deuxième substrat 87. Lorsque l'une des inductances 806, 807, 808, 809 génère un champ magnétique lors du passage du signal reçu 89, l'inductance située en vis-à-vis reproduit le signal 89 à partir du champ magnétique généré. Le couplage des inductances 806, 807, 808, 809 en vis- à-vis dépend de leur inter distance, c'est-à-dire de l'épaisseur du deuxième substrat 87 mais aussi du diamètre des bobines des inductances 806, 807, 808, 809 qui détermine également la valeur de leur inductance.

Les techniques de couplage capacitif ou inductif permettent, à travers le deuxième substrat 87 de la structure 801 , d'alimenter le limiteur 20 avec un signal 89, par exemple hyperfréquence, en garantissant une herméticité de la structure 801 puisque l'intégrité de l'encapsulation est assurée.

Les performances en hyperfréquence des structures de couplages permettent d'alimenter le limiteur 20 avec de très faibles pertes d'insertion avec des largeurs de bande passante importantes. Une augmentation des largeurs de bande passante est également possible en optimisant les structures de couplages aux accès, en mettant par exemple en œuvre des structures de "taper" en lieu et place des capacités 802, 803, 804, 805 et inductances 806, 807, 808, 809 respectivement représentées sur les figures 8e et 8f. De telles structures de "taper" réduisent les ruptures d'impédance liées à des changements brusques de géométries, permettant ainsi d'obtenir des structures ultra large bande.

Il est possible d'ajuster les performances des structures de couplage électromagnétiques lors de la fabrication des composants du limiteur 20 selon les applications du limiteur envisagées sans modifier les dimensions de la structure 801. Ainsi, en modifiant des paramètres tel que l'épaisseur des substrats 86, 87 lors de la fabrication de la structure 801 , il est possible d'obtenir des fréquences au centre du limiteur 20 et des bandes passantes ajustables à la demande. Par exemple, il est possible d'amincir le deuxième substrat 87 après assemblage et avant la métallisation de la face du substrat externe à la cavité 85.

La structure 801 du limiteur 20 peut avantageusement être une structure monolithique.

La figure 9 représente une solution de réglage dynamique des seuils de limitation de puissance du limiteur 20 sans changement de la structure mécanique 801 du limiteur. La solution est d'ajouter une ou plusieurs électrodes 90 de déclenchement ou de pré ionisation de l'environnement des diodes du limiteur 20 selon l'invention. Sur la figure 9, une électrode de déclenchement 90 se trouve perpendiculaire à une anode 91 en relation avec une cathode 92. L'électrode 90 de déclenchement peut être une pointe dirigée de manière quasi-parallèle à la deuxième ligne principale 55.

L'électrode de déclenchement 90 permet notamment de modifier un seuil de claquage de l'électrode 91 , 92.

La figure 10 représente une deuxième solution de réglage dynamique des seuils de limitation. Sur la figure 10 est représentée une troisième vue en coupe d'une ligne de transmission 50 selon le premier axe 80 tel que représentée sur la figure 8a. Un ou plusieurs accès gazeux 8000 peuvent être intégrés dans la structure 801 , permettant de contrôler depuis l'extérieur la pression et la composition de l'environnement de la cavité 85 de la structure 801. Les accès 8000 peuvent être réalisés en utilisant par exemple des systèmes micro fluidiques. Les puissances seuils de déclenchement du limiteur 20 peuvent ainsi être ajustées en modifiant l'environnement chimique des diodes du limiteur 20. Par exemple, une combinaison de différents gaz à différentes concentrations et pressions peut permettre de modifier la rigidité diélectrique du limiteur 20 et donc les seuils de limitation.

La figure 1 1 présente une troisième solution de réglage dynamique des seuils de limitation. Sur la figure 1 1 est représentée une quatrième vue en coupe de la ligne de transmission 50 selon le premier axe

80 tel que représentée sur la figure 8a. La structure 801 peut comporter sur une face supérieure, coopérant avec le premier substrat 86 un matériau piézo-électrique 9000. Le matériau piézo-électrique 9000 permet de générer une énergie 9001 . L'énergie 9001 est ensuite focalisée au moyen d'une ou plusieurs lentilles de focalisation 9002 réalisées dans le premier substrat 86 et positionnées sur le trajet de l'énergie 9001 . L'énergie 9001 peut être focalisée dans des régions inter électrodes 9003 du limiteur 20. L'énergie focalisée dans les régions inter électrodes 9003 se réfléchit ensuite sur la surface du deuxième substrat 87 créant ainsi une surpression ou une dépression par exemple dans les régions inter électrodes 9003. La surpression ou la dépression dépendent notamment de la forme de la région inter électrode 9003 et plus précisément de la forme de la superficie du deuxième substrat 87 dans les régions inter électrodes 9003. La réflexion de l'énergie 9001 peut provoquer des ondes acoustiques stationnaires notamment dans la cavité 85 et dans le premier substrat 86.

Les surpressions ou dépressions locales générées à l'intérieur de la cavité 85 peuvent modifier le fonctionnement des composants du limiteur 20. Par exemple, les ondes acoustiques stationnaires peuvent permettre d'ajuster les seuils de limitation dépendant des conditions de pression à l'intérieur de la cavité 85. En effet, lorsque la pression devient plus ou moins importante à l'intérieur de la cavité 85, les tensions de claquage des diodes du limiteur 20 sont modifiées. Une partie supérieure du deuxième substrat 87 peut être usinée chimiquement afin de jouer un rôle de lentille de focalisation pour les ondes acoustiques. Une autre solution du même type que la troisième solution peut également être mise en œuvre : on peut par exemple utiliser un signal optique provenant par exemple d'une fibre optique et le focaliser de deux manières différentes :

• une première possibilité de focalisation peut être une focalisation du signal optique sur les espaces inter électrode afin de faciliter un déclenchement en avalanche du claquage des diodes en cas de présence d'un gaz ou d'un mélange gazeux dans la cavité 85

• une deuxième possibilité de focalisation peut être une focalisation sur une électrode du limiteur 20 afin de l'échauffer et ainsi de diminuer le seuil d'émission d'électrons par l'électrode.

Les puissances à mettre en jeu pour cette autre solution sont relativement faibles, de l'ordre de quelques dizaines de milli-watt. La puissance optique peut également être facilement réglable. Les substrats utilisés dans le cadre de cette solution sont suffisamment transparents aux signaux optiques.

Les différents procédés employés lors de la fabrication de la structure 801 du limiteur 20 selon l'invention permettent au limiteur 20 d'être facilement intégré avec des fonctions telles que : « un réseau d'adaptation d'impédance ;

• un filtre accordable ou commutable ;

• des amplificateurs en silicium ou en silicium germanium ;

• une antenne ;

• d'autre fonctions réalisables en technologie RF-MEMS, acronyme de l'expression anglo-saxonne Radio Frequency Micro Electro-

Mechanical System signifiant système micro-électromécanique de radio fréquence.

L'intégration de manière monolithique de l'ensemble de ces fonctions permet alors d'obtenir des composants très intégrés à bas coût.

Avantages

Un avantage du limiteur 20 selon l'invention est de satisfaire les spécifications majeures d'un limiteur de puissance par l'utilisation de micro- pointes de géométrie et de répartition sur la ligne de transmission 25 judicieusement choisies.

L'utilisation d'une technologie coplanaire pour réaliser la ligne de transmission 25 facilite avantageusement la réalisation du limiteur 20 selon l'invention. En effet, l'utilisation d'une technologie coplanaire permet d'obtenir une bonne précision géométrique de réalisation des motifs, et notamment de dimensionnement, de la ligne de transmission 25, et particulièrement des micro-pointes 41 1 , 421 , 422, 431 , 432 des électrodes.

Les micro-pointes jouent un rôle de micro-diodes et selon leur composition physique, elles correspondent fonctionnellement à d'anciennes diodes à vide ou des tubes éclateurs à gaz. La composition physique des

micro-pointes peut avantageusement être contrôlée de manière précise. Ceci permet donc de pouvoir ajuster les enveloppes caractéristiques de leur fonction de transfert. Les micro-pointes sont avantageusement intégrables dans une technologie quasi planaire de type monolithique à base de matériaux à faible coût comme le silicium.

La répartition des micro-pointes le long de la ligne de transmission 50 permet de dissiper la puissance d'un signal traversant la ligne de transmission 50 sur une multitude de sites répartis. La dissipation de la puissance ainsi répartie permet de réduire avantageusement la puissance à dissiper localement, permet également d'augmenter le seuil de destruction du dispositif limiteur 20 par rapport à des limiteurs classiques.

Le courant généré par le signal incident dans la ligne de transmission 50 circule dans le vide ou dans un gaz. Ceci permet avantageusement de réduire les courants de fuite et les pertes globales pour des signaux de faible puissance. De plus, les champs électromagnétiques de claquage dans un gaz ou dans le vide étant plus élevés que dans un solide, la tenue en puissance du dispositif de limiteur 20 selon l'invention est meilleure que dans des limiteurs classiques. Un limiteur selon l'invention permet donc avantageusement de supporter de fortes puissances de signal, de l'ordre de plusieurs kilowatts.

La distribution et la redondance des structures de micro-pointes le long de la ligne de transmission 50 permet avantageusement un fonctionnement de la ligne de transmission en mode dégradé. En effet, la destruction ou l'altération d'une ou plusieurs diodes ne nuit pas au fonctionnement du dispositif limiteur 20 selon l'invention. Le limiteur 20 selon l'invention est donc avantageusement robuste à des perturbations électromagnétiques répétées.

Les performances du limiteur 20 selon l'invention au niveau hyperfréquence sont avantageusement supérieures à celles des limiteurs classiques. Il est ainsi possible d'obtenir des dispositifs limiteurs selon l'invention à très faibles pertes, de l'ordre de 1dB, tout en conservant une linéarité de fonctionnement pour les faibles signaux et une bonne linéarité pour les signaux plus forts. En effet, la non-linéarité est répartie sur l'ensemble du dispositif au même titre que la dissipation.

Le limiteur de puissance 20 selon l'invention peut être réalisé en employant des procédés de fabrication dits collectifs, c'est-à-dire sans manipulation individuelle de composants du limiteur. De plus le limiteur selon l'invention peut être fabriqué par des procédés technologiques compatibles avec d'autres types de composants comme les MEMS. L'intégration d'autres composants actifs ou passifs avec le limiteur 20 est donc possible.

Un avantage du limiteur selon l'invention est la possibilité de concevoir entièrement ses caractéristiques de limitation à volonté : par exemple la répartition de la puissance dissipée le long de la ligne de transmission 50, la loi de déphasage pour différentes puissances et/ou fréquences, une linéarité plus ou moins grande en fonction de la puissance du signal reçu. Les caractéristiques de dissipations sont, en effet, liées à des caractéristiques ajustables de la structure du limiteur selon l'invention comme : un pas géométrique entre les micro-diodes, un rayon de courbure définissant la forme des pointes des micro-diodes, un écartement entre les pointes, une présence ou non d'un gaz, une pression du gaz si il est présent, éventuellement un réglage dynamique des seuils de limitation du dispositif limiteur selon l'invention.

Le limiteur selon l'invention permet également d'effectuer un réglage dynamique des seuils selon les modes de réalisation utilisés. En effet, il est possible d'utiliser des moyens de réglage de seuils par une combinaison de différentes méthodes physiques totalement compatibles avec la structure du limiteur 20 selon l'invention. Les méthodes physiques de réglage de seuils sont avantageusement compatibles avec une technologie de réalisation utilisant un substrat silicium préférentiellement utilisée pour l'invention.

Avantageusement, la structure du limiteur selon l'invention est intrinsèquement une structure large bande. Le limiteur selon l'invention a donc un comportement large bande grâce notamment à sa structure de propagation passive avec des fréquences de coupure très élevées pour la structure complète du limiteur : fréquences de coupure supérieures à une centaine de giga hertz.

Le limiteur 20 selon l'invention possède également un temps de réponse faible lié à la conformation physique du dispositif limiteur. En effet, les électrons peuvent circuler librement entre les électrodes de la ligne de

transmission 50. Le faible temps de réponse du limiteur 20 selon l'invention permet de protéger des équipement, situés en aval du limiteur 20 contre des impulsions électromagnétiques avec un temps de réponse ultra court, inférieure à une nanoseconde. Un autre avantage du limiteur distribué selon l'invention est qu'il n'est pas nécessaire de chauffer la structure 801 du limiteur distribué 20 pour obtenir des effets thermoélectroniques tels que dans une diode à vide classique. La structure du limiteur reste passive, il n'y a donc pas de risque de dégradation des performances du limiteur suite à une éventuelle défaillance d'un circuit d'appoint.