Modélisation électrothermique de transistors MESFET SiC et optimisation d'une architecture Doherty pour l'amplification de puissance à haut rendement

par Nicolas Dubuc

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique. Télécommunications

Sous la direction de Raymond Quéré.

Soutenue en 2003

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Dans un premier temps, une description technologique du Carbure de Silicium et le développement d'un modèle physique analytique électrothermique de transistors MESFET SiC a été effectué. Ce modèle permet de prendre en compte les paramètres physiques, géométriques et l'état thermique du composant. Il a été intégré dans un environnement de CAO des circuits. La comparaison de mesures en puissance de type " Load-Pull " et de simulations non-linéaires sous ADS a permis de valider ce modèle. Cette filière technologique présente des potentialités intéressantes pour des applications de forte puissance. Les performances en puissance des amplificateurs peuvent être améliorées, notamment pour des niveaux d'utilisation différents ou des enveloppes variables, à condition de rechercher des techniques d'amélioration des performances en terme de rendement électrique et de linéarité. Le deuxième objectif de ce travail est l'optimisation d'une architecture Doherty deux étages pour l'amplification de puissance. La définition d'une méthodologie de conception propre à cette technique et la mise en œuvre de solutions innovantes pour la réalisation du circuit de charge a permis d'obtenir un haut rendement en puissance ajoutée pour des niveaux de puissance d'entrée différents. Compte tenu de résultats très encourageants obtenus, nous avons montré que la plage d'amélioration du rendement pouvait être augmentée grâce à une gestion dynamique de l'amplificateur par le biais de la polarisation de grille de l'amplificateur auxiliaire en fonction du niveau d'entrée. Pour vérifier l'intérêt de cette méthode, un amplificateur hybride de puissance a été conçu avec des transistors MESFET en technologie AsGa à 900 MHz. Un système de détection d'enveloppe et de commande de la polarisation de l'amplificateur a été développé. Différentes comparaisons expérimentales avec ou sans le système de commande de la polarisation de l'amplificateur ont validé l'intérêt de la méthode développée

  • Titre traduit

    Electrothermal model of MESFET SiC Transistor and improvement of Doherty's structure for high efficiency power amplification


  • Résumé

    First, a technological description of Silicon Carbide has been presented. A physical model has been developed to take into account geometrical parameters and thermal state of the component. This model was integrated in a CAD software. "Load-Pull" measurements are compared with non-linear simulations under ADS to validate this model. This technological die presents interesting potentialities for high power applications. The power performances can be improved, in particular for variable envelopes signals by using particular structure of amplification. The second aim of this work was to improve a two-stages Doherty's structure for amplification. The description of a design methodology has been proposed. The implementation of innovating solutions for the load circuit allows obtaining a high power added efficiency for different input power levels. Taking into account very encouraging results, we showed that the improvement of the power added efficiency versus the output power could be increased thanks to a dynamic control of the amplifier operating parameters. To show the interest of this method, a hybrid power amplifier was carried out with two MESFET's transistors in GaAs technology at 900 MHz. A system based on envelope detection and a gate bias adjustment of auxiliary amplifier versus input level, was developed and validated by various measurements

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Informations

  • Détails : 2167 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Ref. bibliogr.

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