Résumé de la thèse
Le travail de cette thèse de doctorat porte sur le développement d'un système de mesure étalon pour assurer la traçabilité au SI des mesures de haute puissance pulsée dans le domaine nanoseconde et sub-nanoseconde (HPPNS). Cette traçabilité est nécessaire pour les mesures exactes et précises des formes d'onde de tension qui constituent l'élément clé des systèmes à base de haute puissance pulsée. Un système d'étalonnage a été développé pour la caractérisation d'impulsions de haute tension d'amplitude jusqu'à 500 kV avec des temps de montée aussi faibles que quelques centaines de picosecondes.
Le système de mesure HPPNS développé est constitué de quatre composants : le diviseur de tension, la charge de terminaison, les connecteurs haute tension et les cônes de transition. Le diviseur de tension est le composant central de ce système de mesure car il permet l'analyse des formes d'onde HPPNS à l’aide d’un oscilloscope calibré en abaissant les amplitudes de tension des formes d'onde HPPNS à des valeurs qui peuvent être mesurées à l’aide d’un oscilloscope sans déformation de forme d'onde. Le diviseur de tension conçu par calcul analytique et numérique a une valeur élevée du rapport de division, qui est relativement constante en fonction de la fréquence jusqu'à au moins 2 GHz, ainsi qu’une réponse en phase linéaire. Cependant, ses performances en termes de mesure exacte et précise des formes d'onde HPPNS incidentes dépendent également des caractéristiques de la charge de terminaison de ligne de transmission puisque les réflexions d'une charge de terminaison de ligne insuffisamment adaptée pourraient conduire à une mauvaise interprétation de la forme d'onde mesurée à la sortie du diviseur. Une charge de terminaison de ligne de 50 Ω est développée et caractérisée. Elle possède des propriétés d'isolation élevée pour des amplitudes de tension jusqu'à 500 kV et un coefficient de réflexion maximum de –27 dB en fonction de la fréquence, jusqu'à 2 GHz.
La caractérisation du système de mesure HPPNS complet a été réalisée en deux étapes. Premièrement, le système de mesure HPPNS a été caractérisé à de faibles valeurs de puissance d'entrée par deux méthodes différentes, à savoir la caractérisation au VNA et la caractérisation par une méthode de mesure d'atténuation de haute fréquence, traçable au SI. Les résultats obtenus à partir de ces deux méthodes ont été comparés aux résultats de la modélisation CST et tous ces résultats se sont avérés en bon accord les uns avec les autres. Ces caractérisations ont démontré que le système de mesure HPPNS développé possède un rapport de division élevé d'environ 85 dB, une bande passante de 2 GHz et une réponse linéaire en phase.
De plus, un atténuateur du commerce, ayant une bande passante de 7 GHz, a été ajouté en sortie du diviseur et tout ce système a été caractérisé par les deux méthodes en basse puissance. Les résultats obtenus sont les suivants : près de 110 dB de rapport de division, une bande passante de 2 GHz et une réponse linéaire en phase. Dans la deuxième étape de caractérisation, ce système a été testé à des valeurs élevées de puissance via un générateur de Marx. Différentes formes d'onde de haute tension dont le maximum peut atteindre 300 kV et de temps de montée très court jusqu’à 420 ps ont été caractérisées avec succès grâce à ce système de mesure et le bilan d'incertitude a été établi. L’incertitude de mesure de ces signaux de haute tension a été évaluée à 3,4 % pour le maximum de tension et à 87 ps pour les paramètres temporels.
Mots clés
haute puissance pulsée, étalon de mesure, diviseur de tension, étalonnage, incertitude de mesure
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