Etude et conception d'un étage de mise en forme d'impulsions ultra ...
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<strong>Etu<strong>de</strong></strong> <strong>et</strong> <strong>conception</strong> d’un <strong>étage</strong> <strong>de</strong> mies <strong>en</strong> <strong>forme</strong> d’impulsions <strong>ultra</strong> large-ban<strong>de</strong> <strong>de</strong> forte<br />
puissance<br />
Résumé<br />
Le travail prés<strong>en</strong>té dans c<strong>et</strong>te thèse concerne l’étu<strong>de</strong> <strong>et</strong> le développem<strong>en</strong>t d’un <strong>étage</strong> <strong>de</strong> <strong>mise</strong><br />
<strong>en</strong> <strong>forme</strong> d’impulsions bipolaires <strong>de</strong> forte puissance dans le domaine <strong>ultra</strong> large ban<strong>de</strong>. Ce soussystème<br />
est intégré au prototype <strong>de</strong> source <strong>de</strong> rayonnem<strong>en</strong>t pulsé GIMLI <strong>de</strong> l’ISL.<br />
Le système étudié répond à une exig<strong>en</strong>ce sévère <strong>de</strong> compacité. Il réalise la <strong>mise</strong> <strong>en</strong> <strong>forme</strong><br />
bipolaire d’une impulsion <strong>de</strong> forte puissance grâce au fonctionnem<strong>en</strong>t couplé <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux éclateurs<br />
à gaz <strong>et</strong> d’une ligne Blumlein. L’<strong>en</strong>semble est alim<strong>en</strong>té par un générateur <strong>de</strong> Marx. La sortie est<br />
connectée sur une ant<strong>en</strong>ne dédiée. La <strong>conception</strong> a fait largem<strong>en</strong>t appel à la simulation numérique<br />
pour dim<strong>en</strong>sionner la ligne Blumlein ainsi que pour i<strong>de</strong>ntifier <strong>et</strong> limiter les zones <strong>de</strong> r<strong>en</strong>forcem<strong>en</strong>t<br />
<strong>de</strong> champ dans la structure. Une nouvelle géométrie d’électro<strong>de</strong> ’<strong>de</strong>ntelée’ est la principale innovation<br />
<strong>de</strong> c<strong>et</strong>te étu<strong>de</strong>. Elle est proposée afin d’opti<strong>mise</strong>r les temps <strong>de</strong> commutations. Les résultats<br />
<strong>de</strong> mesures montr<strong>en</strong>t l’efficacité du dispositif. Les impulsions bipolaires générées sur 50 Ω dur<strong>en</strong>t<br />
1.5 ns <strong>et</strong> leur amplitu<strong>de</strong> pic à pic peut atteindre 427 kV. Un fonctionnem<strong>en</strong>t répétitif à 200 Hz a<br />
été obt<strong>en</strong>u au cours d’une campagne d’essais m<strong>en</strong>ée avec le CEA sur le site du CESTA.<br />
Le prototype GIMLI équipé <strong>de</strong> la <strong>mise</strong> <strong>en</strong> <strong>forme</strong> étudiée, perm<strong>et</strong> <strong>de</strong> produire un champ<br />
électrique <strong>de</strong> 5 V/m par volt pic à pic <strong>en</strong> pied d’ant<strong>en</strong>ne.<br />
Mots clefs Mise <strong>en</strong> <strong>forme</strong> d’impulsion bipolaire, ligne Blumlein, ULB, forte puissance pulsée.<br />
Abstract<br />
Study and <strong>de</strong>sign of a high-power <strong>ultra</strong>-wi<strong>de</strong>-band pulse-fomer<br />
This Ph.D. dissertation pres<strong>en</strong>ts the study and <strong>de</strong>sign of a high-power <strong>ultra</strong> wi<strong>de</strong> band bipolar<br />
pulse forming stage. This sub-system is integrated in the radiation source called GIMLI<br />
<strong>de</strong>veloped at the ISL. The studied system complies with a strong requirem<strong>en</strong>t of compactness.<br />
The pulse forming is done thanks to the coupled operation of two gas spark gaps and a Blumlein<br />
pulse forming line. It is driv<strong>en</strong> by a Marx g<strong>en</strong>erator and the output is connected to a <strong>de</strong>dicated<br />
ant<strong>en</strong>na. The <strong>de</strong>sign makes ext<strong>en</strong>sive use of the numerical simulations especially for the dim<strong>en</strong>sioning<br />
of the Blumlein and to i<strong>de</strong>ntify and reduce the field <strong>en</strong>hancem<strong>en</strong>t area. New ’jagged’<br />
electro<strong>de</strong> geom<strong>et</strong>ry is the main innovation of this study. It is proposed to optimize commutation<br />
times. Measurem<strong>en</strong>ts show the good performances of the pulse <strong>forme</strong>r. The bipolar pulses have<br />
a 1.5 ns-duration and the amplitu<strong>de</strong> can reach 427 kV peak-to-peak on a 50 Ω resistive load.<br />
A rep<strong>et</strong>ition rate of 200 Hz has be<strong>en</strong> successfully experi<strong>en</strong>ced during tests carried out with the<br />
CEA at the CESTA test site. The GIMLI prototype, equipped with the studied bipolar <strong>forme</strong>r can<br />
radiate a pulsed electric field of 5 V/m per volt on the ant<strong>en</strong>na.<br />
Keywords Bipolar pulse forming, Blumlein line, UWB, pulsed power.<br />
XLIM - UMR CNRS no6172 123, av<strong>en</strong>ue Albert Thomas - 87060 LIMOGES CEDEX
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