Analyse, conception et réalisation de mélangeurs micro-ondes faible bruit à transistor à effet de champ HEMT

par Fai͏̈za Amrouche

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique et nanoélectronique

Sous la direction de Rachid Allam.

Soutenue en 2004

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale des sciences pour l'ingénieur et aéronautique - SPI&A (Poitiers) , en partenariat avec École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (autre partenaire) .

mots clés

• Mélangeurs hyperfréquences

Résumé

Les systèmes de communications micro-ondes connaissent actuellement un formidable essor. Un rôle clé est dévolu, tant en émission qu'en réception, aux mélangeurs qui servent à transposer le signal utile véhiculant l'information. Les travaux effectués dans ce mémoire portent sur l'étude du bruit non-linéaire dans les mélangeurs. L'objectif principal est la réduction du facteur de bruit. Pour cela, une première approche a été faite par l'élaboration d'une formulation analytique pour le calcul du facteur de bruit. En seconde approche, un modèle non-linéaire de bruit a éte�� implanté sur le simulateur d'équilibrage harmonique et une méthode de simulation a été proposée. Des caractérisations fines de transistors ont été effectuées pour l'extraction du schéma équivalent. Deux circuits hybrides ont été réalisés : le premier avec une optimisation en gain, le second optimisé en bruit. Une réduction de 4 dB sur le facteur de bruit a été observée pour un mélangeur fonctionnant en bande X.

Titre traduit

Analysis, design and realization of low noise microwave mixers by using HEMT field-effect transistors

Résumé

In the communication systems, the mixer is an essential element as well with the level of the emission (Up-converter), as on the level of the reception (Down-converter). The principal objective of this work is to reduce the noise figure in the microwaves mixers. For that, an analytic expression is developed to predict the noise performance of the gate mixers. In second approach, a non-linear model of noise was established and implanted in the harmonic balance simulator. The simulation method is also proposed. The measured non-linear elements of equivalent model are interpolated to provide a description of the HEMT's nonlinearitie. Two HEMT gate mixers for X band applications have been designed. The configuration of the first one enables a high conversion gain. The second one is designed to reduce the noise figure. It is shown that the noise figure is reduced of 4 dB in the low noise mixer circuit. Good agreement is obtained between simulated, calculated and experimental noise figure.