Application de la méthode de compression à l'analyse électromagnétique globale des effets de mise en boîtier d'amplificateurs MMIC

par Jean-Marc Lesage

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Raphaël Gillard.

Soutenue en 2005

à Rennes, INSA .


  • Résumé

    Au sein du département RFS (Radio Frequency Solutions) de Thales Systèmes Aéroportés sont conçus des modules d'émission-réception utilisés dans des applications radar et guerre électronique. Les fonctions hyperfréquences élémentaires (amplification, atténuation, déphasage), réalisées en technologie MMIC, sont mises en boîtier et interconnectées. Ceci constitue l'architecture du module et doit assurer une protection (vis-à-vis de l'atmosphère et de la CEM) ainsi qu'une souplesse de montage mécanique et au final une réduction des coûts de fabrication. L'architecture des modules devient ainsi la clé de voûte de systèmes complexes tels que les antennes à balayage électronique développée au sein de ce département. Les outils de simulation doivent évoluer dans le but de prévenir les effets parasites, dus aux boîtiers et interconnexions, susceptibles d'apparaître. Les logiciels de simulation EM sont recommandés de par les géométries complexes des architectures des modules. Malheureusement, les simulateurs EM sont limités par leur incapacité à traiter simultanément les boîtiers et circuits actifs qu'ils protègent. C'est pour cette raison qu'un outil de simulation EM global adapté à ce type de simulation et aux besoins industriels a été proposé, validé et exploité au cours de cette thèse. La méthode choisie est une implémentation de l'approche de compression, qui associe deux logiciels commerciaux de façon séquentielle. Ceci est permis par une procédure de calibrage numérique des ports internes qui fait l'interface entre les environnements de simulation EM et circuit. Cette approche modulable est rapide car elle ne requiert qu'une seule simulation EM pour de nombreuses simulations. La modification des circuits actifs ou des études de dispersion sont aisément envisageables. Cette approche est basée sur l'hypothèse de localisation. Une validation approfondie de cette hypothèse permet de conclure à la nécessité d'indépendance intrinsèque des éléments localisés vis-à-vis de l'environnement pour un bon fonctionnement de l'approche de compression. Cette hypothèse est confirmée grâce à l'application de l'approche de compression à des niveaux d'échelle différents (à l'échelle du boîtier ou du MMIC). L'approche de compression proposée a été validée sur des structures complexes de boîtiers intégrant des amplificateurs MMIC, en régime linéaire ainsi que non-linéaire. L'influence des transitions, éléments d'interconnexion et du couplage EM, est parfaitement prise en compte par cet outil de simulation. Des règles de conception sur les dimensions des boîtiers (hauteur, largeur, positionnement des puces,. . . . ), des transitions et interconnexions sont déduites des simulations.

  • Titre traduit

    Application of the compression approach to the global electromagnetic analysis of MMIC amplifiers packaging effects


  • Résumé

    The RFS (Radio Frequency Solutions) department of Thales Airborne Systems is in charge of transceiver (T/R) modules design. These T/R modules are dedicated to electronic warfare and radar applications (for instance active antenna) and use microwave monolithic integrated circuits (MMIC)(amplifiers, attenuators, phase shifters,. . . ). These active circuits are packaged for protection reasons (atmospheric or EMC). Packaging must also improve the module reliability and manufacturing. Finally, packaging is more and more important in the modules design and packaging solutions must lead to cost reduction. Unfortunately, packaging can product parasitic effects. So new simulation tools are needed in order to predict and to prevent these parasitic effects. It is necessary to use 3-D electromagnetic simulator in order to take into account complex EM phenomena produced by packages complex geometries. But EM simulation is not dedicated to active components simulation and simultaneous modeling of the package and the circuit inside the package is needed. This is the reason why a global EM simulation approach is proposed, validated and exploited. The proposed approach is an implementation of the compression approach that links an EM and circuit simulator. Two commercial simulators are associated sequentially thanks to a numerical calibration of internal ports in the EM simulation. This simple simulation is not quite time-consuming because a single EM simulation is required in order to perform many global simulations. The active circuits may be modified or packaging effects on MMICs dispersion can be studied. The compression approach is based on the lumped element assumption. This is the keypoint of the compression approach where the so-called lumped element must be intrinsically independent of its environment. This is also verified thanks to the application of the compression approach at different scale (at the package scale or at the MMIC scale). Finally, the proposed compression approach is validated thanks to nonlinear as well as linear simulations of complex MMIC packaging structures. The transition and interconnection effects, and the EM coupling effects are perfectly taking into account. Design rules about packages dimensions (cover height, witdh, chip location), transition and interconnection dimensions are found thanks to these global EM simulations.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol.267 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.227-235 réf.). Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE LES
  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : MAG 06393
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.