Conception et simulation à 115,3 GHz d'un microcapteur composé d'une antenne en V couplée à un filtre sélectif à bande interdite photonique chargé par un bolomètre. Potentialités pour la détection de COV dans le THz

Design and simulation of a 115. 3 GHz micro sensor made up of a V-antenna coupled with a photonic band gap selective filter loaded with a bolometer. Potential for the detection of VOCs in the THz

• Auteur / Autrice : Fiény Jean-Paterne Kouadio
• Direction : Didier Robbes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organiques volatils

Détecteurs de gaz

Filtres pour microondes

Antennes hyperfréquences

Mots clés libres

Simulation électromagnétique 3D

Résumé

Les émissions de composés organiques volatils (COV) dans l’atmosphère ont un effet néfaste sur la santé de l’homme et l'environnement. En réponse au risque potentiel que présentent ces composés, des normes pour la qualité de l’air ont été définies mais leur application nécessite la mise en œuvre de capteurs de gaz performants capables de détecter en temps réel les COV. Dans ce cadre, un microcapteur utilisant la spectrométrie d’absorption non dispersive étendue dans le domaine THz est à l'étude depuis une dizaine d'années au sein de l'équipe Electronique du GREYC. Il est constitué d’une antenne en V, d’un filtre sélectif à bande interdite photonique (BIP) et d’un microbolomètre. La présente thèse a été l'occasion de concevoir un premier démonstrateur fonctionnant à une fréquence inférieure aux fréquences de la gamme THz afin de mieux cerner les contraintes dues aux pertes. Son cahier des charges se résume à la conception d'un microcapteur pour la détection en temps réel ( ) d'une raie à 115,3 GHz du monoxyde de carbone (CO) de concentration minimum = 10 (norme officielle) avec un facteur de qualité minimum requis. Les résultats de cette thèse sont très concluants car ils aboutissent à la conception simulée d'un microcapteur de fréquence centrale proche de 115,3 GHz avec un facteur de qualité et un temps d'acquisition, pertes incluses, d'une valeur. Les potentialités de ce prototype sont analysées en fin de manuscrit et des améliorations, en vue d'une transposition dans le domaine THz, sont proposées.

Emissions of Volatile Organic Compounds (VOCs) in the atmosphere have a detrimental effect on human health and the environment. In response to the potential risk posed by these compounds, standards for air quality have been defined but their application requires the implementation of efficient gas sensors capable of detecting VOCs in real time. In this context, a micro sensor using non-dispersive absorption spectroscopy in the THz range has been under study for about a decade in the Electronics unit of GREYC. It consists of a V-antenna, a Photonic Band Gap (PBG) selective filter and a micro bolometer. This thesis has created the opportunity to design a first working prototype operating at a frequency below that within the THz range and with the goal of resolving the constraints due to losses. Its specification has resulted in the design of a micro sensor for real-time detection ( ) of a line of Carbon monoxide (CO) at 115. 3 GHz with a concentration of at least = 10 (official standard) and a quality factor of at least. The results of this thesis are very successful because they lead to the design of a simulated micro sensor with a center frequency close to 115. 3 GHz, a quality factor and an acquisition time, including losses, of. The potential of this prototype is analyzed at the end of the manuscript and improvements concerning implementation in the THz domain are proposed.