Filtres TX performants en technologie additive pour applications spatiales au-delà de la bande X – FTX

Il s’agit de faire la preuve de concept, d’une topologie de filtre hyperfréquence, pour des applications spatiales en bande X et au-delà, permettant de palier les défauts de précision des techniques fabrication additive. Pour réaliser cette démonstration, une topologie particulière de filtre, à base de résonateurs coaxiaux à saut d’impédance, surdimensionnés et désynchronisés entre eux, sera proposée. La solution s’appuiera sur des degrés de liberté intrinsèques à la topologie, permettant, d’atteindre des dimensions suffisantes, pour encaisser les fortes tolérances dimensionnelles en fabrication additive et obtenir des filtres offrant le meilleur compromis performances électriques/dimensions/tenue en puissance. S’agissant d’applications spatiales, la tenue en puissance est synonyme ici de la meilleure immunité possible au phénomène multipactor, se mesurant en puissance RF maximale admissible. La validation se fera sur des exemples de topologies de filtres, devant répondre à des spécifications proposées par un constructeur de satellite, donc réalistes sur le plan applicatif. La réalisation se fera par un procédé de fabrication métal par fusion laser, largement utilisé dans l’aérospatial, et considéré comme mature d’un point de vue industriel.

Pour répondre à l’objectif de surdimensionnement, la conception se fera sur des structures de résonateurs et de filtres exploitant l’harmonique supérieure. L’idée du surdimensionnement, n’est pas nouvelle. Elle a notamment été appliquée sur des guides rectangulaires et circulaires, mais aussi sur des filtres, qu’ils s’agissent de technologies planaires, SIW ou volumiques. Appliquer cette technique à des structures coaxiales à saut d’impédance, supportant des modes TEM, serait une première. La diversité des degrés de liberté propres à ces topologies, associés au fait que sont combinées des structures coaxiales et des sauts d’impédance, conduit à une rupture conceptuelle, dans le sens ou le dimensionnement est libre selon XY et Z et de façon indépendante, permettant d’autre part de supprimer le fondamental, pour ne préserver que la fréquence harmonique d’intérêt.

Le Lab-STICC, principalement chargé de la conception des filtres, sera le porteur du projet FTX. Il coopérera avec des spécialistes du domaine spatial, l’ONERA et Thales Alénia Space, et une société française FREYSSINET AERO GROUP spécialisée dans l’impression 3D métal, qui offriront leur concours dans leur domaine d’activité respectif. La société FREYSSINET AERO GROUP basée à Toulouse, assurera la fabrication des maquettes de filtres, par un procédé de fusion laser métal, tout en accompagnant le Lab-STICC, par des phases d’échange, de conseil, de simulation fusion laser et de préparation des objets à réaliser. Thales Alenia Space, basée à Toulouse, sera chargé du revêtement argent des filtres et des tests thermomécaniques, selon des procédures et des normes conformes à l’ECSS (European Cooperation for Space Standardization), définies par l’ESA. Selon la disponibilité des équipements aux fréquences et aux puissances considérées, Thales Alenia Space et/ou ESA-Val Space Consortium basée à Valence (Espagne), auront en charge les tests multipactor des filtres, selon une procédure ESA. L’ONERA aura en charge la caractérisation de l’émission électronique (TEEY) et l’analyse de la surface (XPS) du matériau final, obtenu après fusion laser et un éventuel traitement de surface, avec et sans le revêtement argent. Le Lab-STICC assurera la mesure de la conductivité électrique aux fréquences d’intérêt. Compte tenu de l’impact sur le facteur de qualité et sur la tenue en puissance multipactor, la rugosité des surfaces est un élément à traiter avec la plus grande attention. A ce niveau, l’ONERA et FREYSSINET AERO GROUP , collaborerons étroitement en vue de proposer les profils de surface les mieux adaptés à la problématique.