Η παρούσα διπλωματική αποτελείται από μια σειρά από projects συστημάτων επεξεργασίας ηχητικού σήματος, με κύριο προσανατολισμό το ηχητικό σήμα της ηλεκτρικής κιθάρας. Πολλά από τα ακόλουθα projects είναι βασισμένα σε ήδη υπάρχοντα κυκλώματα που κυκλοφορούν στο εμπόριο και έχουν τροποποιηθεί έτσι ώστε να έχουν βελτιωμένη απόδοση (λιγότερος θόρυβος, μικρότερη κατανάλωση ισχύος) και να έχουν καλύτερη ηχητική απόκριση (σύμφωνα με τα δικά μας -υποκειμενικά- κριτήρια). Τα πρώτα projects ως ενεργά στοιχεία χρησιμοποιούν είτε διακριτά τρανζίστορ και διόδους, είτε ολοκληρωμένα κυκλώματα τρανζίστορ-διόδων. Τα δύο τελευταία χρησιμοποιούν τριοδικές και πεντοδικές λυχνίες κενού. Με αυτόν τον τρόπο έχει επιτευχθεί και μια κλιμακούμενη αύξηση της δυσκολίας των projects. / --

Les caméras à balayage de fente sont les instruments de détection directe de la lumière les plus précis en termes de résolution temporelle. Ces instruments sont capables de capturer des évènements de l’ordre de la picoseconde à un taux de répétition d’une centaine de mégahertz. Cependant, les performances de la caméra sont limitées par de nombreux phénomènes propres au fonctionnement de cette dernière mais aussi au système l’implémentant. Plusieurs effets dégradant la résolution temporelle sont étudiés. Le premier axe exploré concerne la synchronisation de la caméra avec l’évènement lumineux capturé. Cette investigation débouche sur le développement d’un discriminateur à fraction constante permettant de déclencher la caméra avec un jitter inférieur à 200 fs RMS. Une autre étude présente l’impact qu’ont le bruit d’amplitude et le bruit de phase des lasers usuellement utilisés avec la caméra sur sa synchronisation. Enfin une analyse des phénomènes intrinsèques à la photocathode de la caméra permet d’évaluer la variation du temps de transit des électrons dans celle-ci. / Streak cameras are the direct light detection instruments that are the best in terms of temporal resolution. Those instruments can capture picosecond light events at a hundred megahertz repetition rate. However their characteristics are limited by various phenomena specific to the camera and the implementing system. Several effects that affect the temporal resolution are studied. The first examined line deals with the synchronization of the camera with the studied light event. This inquiry led to the design of a constant fraction discriminator allowing a sub 200 fs RMS jitter triggering. Another study shows the impact of the usually used laser amplitude noise and phase noise on the system’s synchronization. Finally, an analysis of the camera’s photocathode intrinsic phenomena allows estimating the transit time variation of the electrons within the vacuum tube.

Le multipactor est un phénomène parasite qui se produit dans les dispositifs où l'on transmet une onde hyperfréquence sous vide tels que les tubes électroniques à vide, les cavités résonnantes pour accélérateurs de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites. Il consiste en une avalanche d'électrons mis en mouvement par un champ hyperfréquence. La simulation du multipactor est cruciale dans tout design de structure HF sous vide. Les géométries complexes 3D d'objets imposent de posséder des outils de simulations tridimensionnels pour prédire ce phénomène. Le premier travail de cette thèse a consisté à valider un logiciel de simulation 3D du multipactor, Musicc3D, à la fois par le calcul et l'expérimentation. Une étude théorique à une dimension ainsi qu'une simulation 2D éprouvée ont été réalisées et les résultats du logiciel Musicc3D ont été favorablement confrontés à leurs résultats. Des règles de définition du maillage 3D ont été établies pour un bon fonctionnement de la simulation 3D. Toujours pour valider la simulation, l'ensemble des cavités accélératrices construites par l'IPNO ces dernières années a été simulé et favorablement comparé aux observations de barrières de multipactor quand elles existaient. Dans le but d'exploiter les prédictions de la simulation 3D, mais aussi de la valider et enfin d'être capable de qualifier différents matériaux et/ou états de surfaces, une cavité résonnante équipée de mesures dédiées au multipactor a été construite. Les premiers résultats obtenus avec cette cavité ont été favorablement comparés à la simulation. / Multipacting is a parasitic phenomenon and extremely detrimental in devices where there is a ultra high frequency wave transmitted in a vacuum environment such as vacuum electron tubes, resonant cavities for particle accelerators and microwave circuits on board of satellites. It consists of an avalanche of electrons put in motion by a microwave field. Multipacting simulation is crucial in any HF structure design. The complex 3D geometrics obligates to have three-dimensional simulation tools to predict this phenomenon. The first study in this thesis consisted in validating a 3D simulation software of Multipacting, Musicc3D, by calculation and experimentation. A theoretical study with one dimension and a a tested 2D simulation were carried out and the results of the software Musicc3D were favorably confronted to their results. 3D grid definition rules were established for the proper working of the 3D simulation. Also to validate the simulation, the whole of the park of accelerating cavities built by the IPNO these last years was simulated and favorably compared with the observations of barriers of Multipacting when they existed. With an aim of exploiting the predictions of the 3D simulation, but also to validate it and finally be able to qualify various materials and/or state of surfaces, a resonant cavity equipped with measurements dedicated for Multipacting was built. The first results obtained with this cavity were favorably compared to the simulation.

<p dir="ltr">High-power microwave (HPM) devices are generally vacuum-based devices that transform electron beam energy into microwaves with peak powers above 100 MW from 1-300 GHz. Solid-state HPM devices provide more compactness and greater reliability while consuming less power. Nonlinear transmission lines (NLTLs) provide a solid-state alternative to HPM generation by sharpening the input pulses from a pulse forming network to create output oscillations.</p><p dir="ltr">The first section of this dissertation evaluates and explores the feasibility of using nonlinear composites containing ferroelectric (e.g., Ba_2/3Sr_1/3TiO₃, BST) and/or ferromagnetic (e.g., Ni_1/2Zn_1/2Fe₂O₄, NZF) inclusions in a linear polymer host (polydimethylsiloxane, PDMS) to tune NLTL properties for HPM applications. Appropriately modelling and designing NLTLs using nonlinear composites require accurately characterizing their linear and nonlinear electromagnetic properties. We first studied the electromagnetic properties of the composites using theoretical, numerical, and experimental approaches. Incorporating these composite models and characterizations into NLTL simulations will be discussed.</p><p dir="ltr">Vacuum-based HPM devices, such as magnetrons and crossed-field amplifiers, generally operate in the space-charge-limited region, which corresponds to the maximum current possible for insertion into the device. This motivated studying the space-charge-limited current and electron flow in a two-dimensional (2D) planar diode with various crossed-magnetic fields using particle-in-cell (PIC) simulations. For non-magnetically insulated diodes (electrons emitted from the cathode can reach the anode), analytical and/or semi-empirical solutions are derived for electrons with nonzero monoenergetic initial velocity that agree well with PIC simulations. For magnetically insulated conditions, we developed new metrics using simulations and analytic theories to assess electron cycloidal and Brillouin flow to understand the implications of increasing injection current for 2D diodes. These analyses provide details on the operation of these devices at high currents, particularly virtual cathode operation, that may elucidate behavior near their limits of operation.</p>