L’atteinte prévisible des limites de la loi de Moore dans les dix prochaines années poussent les concepteurs de systèmes de communication à intégrer le maximum de fonctionnalités dans des modules 3D de plus en plus petits, incluant des capteurs, de l’intelligence embarquée, des modules radio avec leurs antennes,(Approche More than Moore). On passe donc du concept de SoC (System-on-Chip) au concept de SiP (System-in-Package) pouvant intégrer des SoC mais offrant d’autres fonctionnalités au niveau de la perception de l’environnement, de la communication, de la reconfigurabilité et de la possibilité d’auto-organisation en réseau ad-hoc, tout en minimisant le volume et la consommation énergétique.C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse, qui présentent cette technologie d’intégration hétérogène (System-In-Package) miniature, faible coût associant des MEMS RF à des circuits MMIC actifs et des antennes intelligentes pour établir des communications robustes en gamme millimétrique. Pour cela, nous proposons, par le projet SIPCOM, la réalisation et le test d’un module radio ultra compact et performant en gamme millimétrique grâce à une l’approche d’« intégration hétérogène ». Ce module intégrera toutes les fonctions nécessaires pour la réalisation d’un émetteur 60 GHz : le réseau d’antennes, les déphaseurs à base de MEMS pour assurer l’agilité du faisceau, le convertisseur DC/DC pour alimenter les MEMS, un FPGA (du commerce) pour commander la reconfigurabilité du module radio et les circuits mise en veille/réveil du module pour une consommation minimale. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer la technologie de mise en boitier et les interconnexions et transitions verticales. Au cours de ce manuscrit, nous proposons une nouvelle approche de transitions verticales, les TSCV (Through Silicon Coaxial Vias). Transition verticale basée sur le modèle coaxial, utilisant du benzocyclobuitène (BCB) en guise de matériau diélectrique, son étude, son développement, et l’évolution de la structure sont présentés. Du fait de sa nature, cette transition coaxiale offre tous les avantages à la mise en boitier à haute densité d’intégration, avec une totale isolation électromagnétique par rapport au substrat, et donc une totale indépendance quant à la nature du substrat, un rayonnement électromagnétique parasites ultra faible et, par les propriétés du BCB, des pertes électromagnétiques ultra faibles en bande millimétrique. Nous détaillons également le procédé e réalisation technologique et son évolution, qui permet la fabrication et le test de ces structures. / Achieving predictable limits of Moore's Law over the next ten years, communication systems designers try to integrate a maximum of functionality into smaller and smaller 3D modules, including sensors, embedded intelligence, radio modules with their antenna (Approach More than Moore). So we go from the concept of SoC (System-on-Chip) to the concept of SiP (System-in-Package) that can integrate SoC but offering more features concerning the environmental perception, communication, reconfigurability and the possibility of self-organization in ad-hoc network, while minimizing the volume and energy consumption. This thesis was performed in this context and presents this heterogeneous integration technology (System-in-Package), miniature, low cost RF MEMS, combining MMIC circuits and smart antennas to establish communications in millimeter range. For this, by SIPCOM project, we propose the realization of an ultra compact radio module and efficient testing in millimeter range thank to “heterogeneous integration” approach. This module will integrate all the functions necessary for the implementation of a 60 GHz transmitter: network antennas, phase shifters based on MEMS to ensure the agility of the beam, the DC / DC converter to power the MEMS, an FPGA (trade) to control the reconfigurability of the radio module and circuit standby / alarm module for minimum consumption. In this context, the thesis aims to develop technology in packaging and interconnexions and vertical transitions.In this manuscript, we propose a new approach to vertical transitions, the TSCV (Through Silicon Coaxial Vias).Vertical transition based on the coaxial model, using benzocyclobutène (BCB) as a dielectric material, the study, development, and evolution of the structure are presented. Because of its nature, this coaxial transition offers all the advantages in packaging with high integration density, with a total electromagnetic isolation from the substrate, and thus completely independent of the nature of the substrate, an ultra low parasitic electromagnetic radiation, and by properties of the BCB, ultra low electromagnetic losses in the millimeter band. We also detail the process e technological achievement and its evolution, allowing the manufacture and testing of these structures.

Le travail effectué dans le cadre de cette thèse porte sur l’étude des plasmas magnétisés et nonmagnétisés produits par des structures coaxiales qui font office à la fois de propagateur d’onde et de coupleur à impédance adaptée au plasma, mais aussi de sonde d’investigation et de caractérisation de la décharge. Une attention particulière est accordée à l’efficacité de couplage entre l’onde électromagnétique et la décharge et de production d’espèces, et ce pour différentes conditions opératoires : fréquence d’excitation (352 et 2450 MHz),configuration magnétique, géométrie de l’applicateur. L’analyse quantitative et comparative présentée dans ce travail s’appuie aussi bien sur une approche expérimentale que théorique. Les modèles analytiques développés etla simulation électromagnétique réalisée permettent d’extraire à partir des mesures expérimentales, d’une partl ’impédance du plasma décorrélée de celle de la structure de propagation de l’onde, et d’autre part, l’absorption globale et locale de l’onde. Du point de vue expérimental, des techniques et méthodes appropriées ont donc été développées et mises en oeuvre comme, par exemple la méthode de changement de plan d’impédance, ou encore l’auto-interférométrie. L’étude paramétrique, menée sur un domaine de pression étendu sur plusieurs décades(10-4 – 10 Torr) et pour une gamme de puissances allant de un à plusieurs centaines de watts, a permis une investigation minutieuse du type de couplage (capacitif, inductif, résistif) qui est fortement dépendant des caractéristiques de la décharge et donc des paramètres opératoires. Leur mise en corrélation, associée à l’analyse des modes de propagation dans un plasma magnétisé, a permis de localiser avec plus de précision les zones de couplage et d’identifier les principaux mécanismes d’absorption de l’onde mis en jeu. Les principaux résultats obtenus confirment une meilleure efficacité de production d’espèces chargées à une fréquence plus élevée (2450MHz), et la présence d’une population d’électrons chauds plus conséquente ainsi qu’une extension spatiale du plasma lorsque la fréquence est plus faible (352 MHz). Comme la technologie 352 MHz à état solide est plus avantageuse du point de vue du coût des composants, comparée à 2450 MHz, elle pourrait s’avérer intéressante pour des procédés visant la production d’espèces chimiquement actives. Toutefois, le couplage, peu efficace, de type capacitif induit par la diminution de la fréquence, requiert une attention accrue au niveau de la configuration du coupleur. Pour le développement en amont des coupleurs, les résultats issus de ce travail de thèse et les modèles analytiques développés devraient constituer un outil déterminant dans la conception de sources plasma micro-onde performantes. / The work done within the framework of this thesis focuses on the study of magnetized and nonmagnetizedplasmas produced by coaxial structures that serve both as wave propagator and as plasma matchedimpedance coupler but also as investigation and characterization probe of the discharge. Special attention isgiven to the efficiency of coupling between the electromagnetic wave and the discharge and of speciesproduction, for different operating conditions: excitation frequency (352 and 2450 MHz), magnetic configurationand geometry of the applicator. Quantitative and comparative analysis presented in this work is based both on anexperimental and a theoretical approach. Developed analytical models and conducted electromagnetic simulationare set in connection with the experimental measurements in order to determine, on the one hand, the plasmaimpedance de-embedded of the wave propagation structure and, on the other hand, the global and localabsorption of the wave. From the experimental point of view, appropriate techniques and methods have thereforebeen developed and implemented such as, for example, the impedance plane shift method, or autointerferometry.The parametric study, conducted on a pressure range extended over several decades (10-4 - 10Torr) and power ratings from one to several hundred watts, led to a thorough investigation of the coupling type(capacitive, inductive, resistive ) which is highly dependent on the discharge characteristics and thus of theoperating parameters. Their correlation, combined with the analysis of propagation modes in a magnetizedplasma, has helped locate more accurately the areas of coupling and to identify the main power absorptionmechanisms involved. The main results obtained for the two frequencies confirm a better production efficiencyof charged species at a higher frequency (2450 MHz), the presence of a more substantial hot electron populationand a spatial expansion of the plasma when the frequency is low (352 MHz). As the solid state 352 MHztechnology is more advantageous compared to that at 2450 MHz from the viewpoint of the cost of thecomponents, it could be interesting for processes aiming to produce active chemical species. However itsinefficient coupling, of capacitive type induced by frequency reduction, requires an increased attention at thelevel of coupler configuration. For upstream development of couplers, the analytical models and theexperimental results obtained in this thesis should be a key tool in the design of high-performance microwaveplasma sources.

En esta tesis se realiza el análisis y la optimización del diseño de sensores de microondas, basados tanto en guías de onda coaxiales como en circuitos planares, para poder llevar a cabo la caracterización dieléctrica de materiales, así como la monitorización de los mismos en procesos industriales. Se describen novedosos métodos de diseño para conseguir que los sensores proporcionen la máxima sensibilidad a los cambios de las propiedades dieléctricas de los materiales; y se aplican nuevos modelos de análisis de los sensores de microondas, más completos que los existentes hasta el momento. Todo ello ha permitido desarrollar con éxito diversas aplicaciones tanto en el ámbito industrial como en el de laboratorio. / García Baños, B. (2008). Estudio y optimización de sensores de microondas para la caracterización y monitorización de materiales en procesos industriales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10628

[ES] El propósito de la presente tesis es desarrollar una herramienta informática para la predicción del efecto multipactor tanto en líneas de transmisión coaxiales como en guías circulares. Esta herramienta está pensada para ser complementaria de las de diseño asistido por ordenador Computer-Aided Design (CAD) en el caso de dispositivos de comunicaciones a implementar en estas tecnologías de ondas guiadas. En el caso de guías coaxiales, se desarrollará un modelo numérico para la predicción de los umbrales de potencia del fenómeno de multipactor. Este método ha sido validado con medidas experimentales, así como validado con otros estudios teóricos realizados. En este tipo de guía se ha considerado tres tipos de señal de radio frecuencia (RF), la onda incidente, la onda estacionaria pura y las ondas estacionarias en general (combinación de ondas incidente y reflejada de distintas amplitudes). Así pues, se ha analizado y obtenido los umbrales de potencia para cada una de las diferentes señales consideradas y observado los efectos que se producen. En las guías circulares, se ha demostrado en primer lugar la existencia del fenómeno de multipactor bajo la excitación del modo fundamental de la guía circular TE11. El interés en estas guías se debe al amplio uso en la fabricación de componentes pasivos, tanto en cavidades resonantes como el uso de irises que conectan las cavidades, empleados tanto en aceleradores de partículas como en diferentes subsistemas de comunicaciones en satélites. Por tanto, además de observar la existencia del efecto multipactor hemos calculado una carta de susceptibilidad para dicho fenómeno, inicialmente en el caso de que sólo se transmita una única polarización, en concreto la polarización vertical. Una vez hemos demostrado que el efecto multipactor es posible en estas guías circulares, se ha realizado un estudio teniendo en consideración la coexistencia de las dos polarizaciones del modo fundamental TE11. Para una mejor comprensión del fenómeno, se ha analizado inicialmente para órdenes de multipactor más bajos en función de la excentricidad de la elipse de polarización. Prestando especial atención para el caso de la polarización lineal y circular, aunque también se ha analizado otras combinaciones más generales. / [CA] El propòsit de la present tesi és desenvolupar una eina informàtica per a la predicció de l'efecte multipactor tant en línies de transmissió coaxials com en guies circulars. Aquesta eina està pensada per a ser complementària de les de disseny assistit per ordinador Computer- Aided Design (CAD) en el cas de dispositius de comunicacions a implementar en aquestes tecnologies d'ones guiades. En el cas de guies coaxials, es desenvoluparà un model numèric per a la predicció dels llindars de potència del fenomen de multipactor. Aquest mètode ha sigut validat amb mesures experimentals, així com validat amb altres estudis teòrics realitzats. En aquesta mena de guia s'ha considerat tres tipus de senyal de ràdio freqüència (RF), l'ona incident, l'ona estacionària pura i les ones estacionàries en general (combinació d'ones incident i reflectida de diferents amplituds). Així doncs, s'ha analitzat i obtingut els llindars de potència per a cadascuna dels diferents senyals considerats i observat els efectes que es produeixen. En les guies circulars, s'ha demostrat en primer lloc l'existència del fenomen de multipactor sota l'excitació de la manera fonamental de la guia circular TE11. L'interés en aquestes guies es deu a l'ampli ús en la fabricació de components passius, tant en cavitats ressonants com l'ús d'irises que connecten les cavitats, emprats tant en acceleradors de partícules com en diferents subsistemes de comunicacions en satèllits. Per tant, a més d'observar l'existència de l'efecte multipactor hem calculat una carta de susceptibilitat per a aquest fenomen, inicialment en el cas que només es transmeta una única polarització, en concret la polarització vertical. Una vegada hem demostrat que l'efecte multipactor és possible en aquestes guies circulars, s'ha realitzat un estudi tenint en consideració la coexistència de les dues polaritzacions de la manera fonamental TE11. Per a una millor comprensió del fenomen, s'ha analitzat inicialment per a ordres de multipactor més baixos en funció de l'excentricitat de l'ellipse de polarització. Prestant especial atenció per al cas de la polarització lineal i circular, encara que també s'ha analitzat altres combinacions més generals. / [EN] The main goal of this PhD thesis is to develop a computer tool for the prediction of the multipactor effect, both in coaxial transmission lines and in circular guides. This tool is intended to be complementary to the available Computer-Aided Design (CAD) versions, in particular for the case of communication devices to be implemented in the cited guided wave technologies. In the case of coaxial guides, a numerical model is developed to predict the power thresholds of the multipactor phenomenon. This method has been validated with experimental measurements, as well as with other theoretical studies carried out. In this type of guide, three types of radio frequency (RF) signals have been considered, i.e. the incident wave, the pure standing wave and the standing waves in general (a combination of incident and reflected waves of different amplitudes). Thus, the power thresholds for each of the different signals considered have been analyzed and obtained, and the corresponding effects that occur have been observed. In circular guides, the existence of the multipactor phenomenon under the excitation of the TE11 fundamental mode of the circular guide has been demonstrated first. The interest in these guides is due to their wide use in the manufacture of passive components, both in resonant cavities and within irises that connect the cavities, used both in particle accelerators and in different satellite communications subsystems. Therefore, in addition to observing the existence of the multipactor effect, we have calculated a susceptibility chart for this phenomenon, initially in the case that only a single polarization is transmitted, specifically the vertical polarization. Once we have shown that the multipactor effect is possible in these circular guides, a study has been carried out taking into account the co-existence of the two polarizations of the TE11 fundamental mode. For a better understanding of the phenomenon, it has been initially analyzed for lower multipactor orders as a function of the eccentricity of the polarization ellipse. Special attention has been paid to the case of linear and circular polarization, although other more general combinations have also been analyzed. / This work was supported in part by Ministerio de Educación y Ciencia, Spanish Government, under the coordinated Research Project TEC 2007/67630-C03-01 and in part by Generalitat Valenciana (Spain) under Projects IIARC0/2004/20, IIARC0/2004/21 and IIARC0/2004/22. This work has been supported by Ministerio de Ciencia e Innovación, Spanish Government, under Research Project TEC2007-67630-C03-01. / Pérez Pastor, AM. (2021). Análisis del efecto multipactor en guías de onda de geometría cilíndrica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/162975