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Thèse en front-ends pour récepteurs hétérodynes térahertz adaptés à plateforme Cubesat (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 17 août 2021

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Informations générales

Référence : UMR6164-DAVGON-003
Lieu de travail : RENNES
Date de publication : mardi 6 juillet 2021
Nom du responsable scientifique : David GONZALEZ OVEJERO
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les CubeSats sont des engins spatiaux de petite taille, dont le nombre de lancements ne cesse d'augmenter [1], avec plusieurs initiatives en Europe [2]. Ils sont (relativement) peu coûteux, très modulaires, et constitués de plusieurs unités (U) de dimension 1U=10 x 10 x 10-cm3. Les CubeSats volent comme charge secondaire et peuvent être utilisés pour améliorer les objectifs scientifiques de la mission principale, pour rendre possibles des observations dans de nouveaux environnements (potentiellement dangereux) et pour démontrer de nouvelles technologies. C'est dans cette configuration spécifique que les deux CubeSats jumeaux MarCO ont fourni données de télémesure presque en temps réel directement à la Terre pendant les phases critiques de la rentrée atmosphérique, de la descente et de l'atterrissage de la sonde InSight (https://mars.nasa.gov/insight/), qui a atterri sur la planète Mars en novembre 2018. L'un des principaux enjeux consiste à inventer de nouvelles architectures d'instruments scientifiques à la fois peu encombrantes (et adaptés à la forme des CubeSats) et possédant des performances comparables à celles de la charge utile primaire.

Les récepteurs (RX) hétérodynes dans la bande des térahertz (THz) offrent la sensibilité nécessaire pour l'étude de l'atmosphère terrestre [3] ainsi que pour l'étude des dynamiques atmosphériques et l'analyse spectrale moléculaire des atmosphères d'autres planètes, comme Jupiter [4], et ce dans des gammes de longueurs d'onde encore peu exploitées pour ces applications. Malheureusement, tout système embarqué à bord de CubeSats exige une très faible masse et complexité, ainsi qu'une remarquable efficacité énergétique. Dans la plupart des systèmes hétérodynes nécessitant une résolution spatiale élevée, la masse de l'instrument est dominée par la structure métallique du « front-end », c'est-à-dire l'antenne et l'électronique THz.

Cette thèse a pour ambition d'initier le développement d'un nouvel instrument ultra-compact (récepteur, RX, autour de 600 GHz) pour l'étude du bilan énergétique de l'atmosphère. La compacité de cet instrument sera telle qu'il pourra être embarqué sur CubeSat, dont l'actualité très récente (atterrissage de la sonde InSight sur Mars en novembre 2018) a démontré la pertinence et la viabilité. Les trois innovations majeures sont : 1) Développement d'antennes planaires à gain élevé et faible encombrement pour être intégrées dans le châssis d'un CubeSat, 2) Conception de circuits large bande ultra-sensibles pour RX à température ambiante, et 3) Etude de la possibilité de micro-fabrication en Si (RENATECH) pour une réduction de masse et de volume dans un facteur 5 à 10 par rapport aux solutions concurrentes. Ce projet interdisciplinaire à risques associe 3 UMR (et 2 instituts principaux différents) dont les meilleurs domaines d'expertise seront mis à profit pour le succès de ce projet : antennes à métasurfaces modulées (IETR), récepteur à température ambiante à diodes Schottky GaAs (LERMA), et microtechnologies (C2N)

[1].- “Nanosatellite & Cubesat database”, Accessed Dec. 2020, [online] Available: http://www.nanosats.eu
[2].- “QB50 European FP7 project”, Accessed Dec. 2020, [online] Available: https://www.qb50.eu/
[3].- S. Buehler et al., Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 133(S2), 109-128, 2007.

Contexte de travail

Ce projet interdisciplinaire implique 3 laboratoires du CNRS :
IETR – UMR CNRS 6164, (www.ietr.fr), avec expertise dans la conception d'antennes
LERMA – UMR CNRS 8112, (https://lerma.obspm.fr/), avec expertise dans les récepteurs hétérodynes
C2N – UMR CNRS 9001, (https://www.c2n.universite-paris-saclay.fr/fr/), avec expertise en micro-fabrication et nanotechnologies
Cette thèse constitue une opportunité unique de réunir trois communautés (antennes, circuits et nanotechnologies) qui interagissent généralement simplement en échangeant la définition des interfaces ou en se donnant spécifications qui parfois ignorent les besoins des autres. Le-la doctorant-e (M.Sc. en génie électrique / électronique ou en physique) développera les outils d'analyse pour la conception de l'antenne (IETR). Il-elle étudiera également la meilleure configuration possible pour le mélangeur et son intégration avec l'antenne afin d'atteindre une sensibilité maximale (LERMA), tout en tenant compte aspects de dissipation thermique et consommation de puissance. L'objectif de ses travaux sera d'atteindre une approche de conception holistique pour des performances optimales. Enfin, le-la doctorant-e séjournera au C2N pour se former et mieux comprendre les procédés de fabrication et leurs limites, afin de les prendre en compte dès la phase de conception des circuits et antennes. Il-elle contribuera également aux tests des antennes, à la mesure du récepteur et à la caractérisation globale du front-end (IETR-LERMA).

Contraintes et risques

Sans objet

Informations complémentaires

Formation: Master en en génie électrique ou en physique.

Compétences du doctorant souhaitées : antennes, micro-ondes, modélisation numérique. Une bonne connaissance d'électronique térahertz sera appréciée.

Savoir faire, savoir être : travail en équipe multiculturel, savoir rendre compte.

Langues: Anglais (niveau B2 cadre européen commun de référence ou plus), la connaissance du français n'est pas requise.

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