| Front-ends for terahertz heterodyne receivers in cubesat platforms (Front-ends pour récepteurs hétérodynes térahertz adaptés à plateforme Cubesat) Thuróczy, Tomas - (2025-09-04) / Université de Rennes Front-ends for terahertz heterodyne receivers in cubesat platforms
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: González-Ovejero, David; Treuttel, Jeanne Discipline : Électronique Laboratoire : IETR Ecole Doctorale : MATISSE Classification : Sciences de l'ingénieur Mots-clés : radiométrie, térahertz, antennes, lentilles planaires, métamatériaux, bruit, étalonnage, source à bruit, rayonnement, lentille repliée, héterodyne, mélangeur Schottky
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Résumé : La radiométrie satellitaire est une technique de télédétection passive permettant la mesure et la quantification de paramètres atmosphériques statiques et dynamiques sur Terre, sur d'autres planètes et sur des corps célestes en espace profond. La plupart des radiomètres sub-térahertz (sub-THz) et térahertz sont généralement déployés sur de gros satellites, impliquant des coûts élevés, des temps de développement longs, et un partage des ressources et du temps d'observation avec d'autres instruments. L'avènement des Cubesats a permis d’introduire la radiométrie térahertz dans le domaine des petits satellites, avec plusieurs missions déjà réalisées avec succès. Comparés aux grands satellites, les Cubesats offrent des coûts de développement et de lancement réduits, ainsi que des délais de développement plus courts, puisqu’ils se concentrent généralement sur un seul objectif scientifique et un seul instrument. Toutefois, l’intégration d’un instrument radiométrique térahertz à bord d’un Cubesat présente d'importants défis, en raison du volume, de la masse, de la puissance disponible limités et de la gestion thermique complexe. Cette thèse doctorale explore de nouvelles approches pour le développement de récepteurs hétérodynes térahertz compacts adaptés aux plateformes Cubesat, en se concentrant spécifiquement sur des méthodes innovantes d’antenne et de calibration électronique, ainsi que sur les aspects d’intégration entre ces sous-systèmes. Le travail a été réalisé en codirection entre l’Institut d’Électronique et des Technologies du numéRique (IETR) de l’Université de Rennes et le Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) de l’Observatoire de Paris. Cette collaboration tire parti des expertises respectives des deux instituts : antennes sub-THz planaires aux structures périodiques (IETR) et mélangeurs subharmoniques à faible bruit à diodes Schottky ainsi que chaînes d’oscillateurs locaux développés à LERMA et fabriqués au C2N. En raison du caractère pluridisciplinaire du projet doctoral, le manuscrit est structuré en deux parties, chacune présentant des contributions scientifiques dans les domaines susmentionnés. Une approche globale est néanmoins adoptée pour évaluer la performance des technologies développées dans le contexte de l'instrument radiométrique dans son ensemble. Les technologies développées sont conçues pour être évolutives vers des fréquences supérieures, jusqu’à et au-delà de 1 THz. Abstract : Satellite radiometry is a passive remote sensing technique that enables the measurement and quantification of both static and dynamic atmospheric parameters on Earth, planets, and other celestial bodies in deep space. Most satellite sub-terahertz and terahertz radiometers are usually deployed on large satellites with high cost, long development times, and often sharing the resources and observation times with other instruments. The advent of Cubesats has also introduced terahertz radiometry into the domain of small satellites, with several missions successfully flown to date. Compared to large satellites, Cubesats typically offer lower development and launch costs, along with faster development timelines, since they usually focus on a single scientific objective and instrument. However, integrating a terahertz radiometric instrument on board of Cubesat represents significant challenges due to the limited available volume, mass, restricted DC power, and challenging thermal management. This doctoral thesis explores novel approaches for developing compact terahertz heterodyne receiver front ends for Cubesat platforms, specifically focusing on novel antenna and electronic calibration methods, as well as the integration aspects between these subsystems. The work has been conducted under the co-supervision between the l’Institut d’Electronique et des Technologies du numéRique (IETR) at the Université de Rennes and the Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) at the Observatoire de Paris. This collaborative effort leverages on the areas of expertise of the respective institutes: low-profile sub-THz flat periodic structure-based antennas (IETR), and low-noise terahertz Schottky subharmonic mixers and LO sources developed at LERMA and manufactured in C2N. Due to the multidisciplinary nature of the doctoral project, the manuscript is structured into two parts, each presenting scientific contributions in distinct domains outlined above. However, a holistic approach is adopted to assess the performance of the developed technologies within the context of the radiometric instrument as a whole. Furthermore, the technologies developed in this project are intended to be scalable to higher frequencies, enabling their application up to and beyond 1 THz. | |||