Conception et caractérisation d'amplificateurs d'émission RF optimisés en rendement et linéarité pour applications en téléphonie mobile

par Patrik Arno

Thèse de doctorat en Optique, optoélectronique et micro-ondes

Sous la direction de Jean-Michel Fournier.

Soutenue en 2006

à Grenoble INPG .

mots clés

• Code division multiple access (CDMA)
• Transmisson à haut débit
• Systèmes de télécommunications
• Modulation numérique
• Amplificateurs de puissance
• Radiofréquences

Résumé

Les fournisseurs de services de téléphonie mobile développent des nouvelles applications (Internet, vidéos, jeux, etc. ) dépassant largement la simple communication vocale. Ces services nécessitent l'utilisation de standards de transmission à haut débit basés sur des modulations numériques complexes. Les signaux générés par ce type de modulations sont à enveloppe non constante et fortement sensibles à la linéarité des amplificateurs de puissances (PAs) utilisés pour les transmettre. D'autre part, le PA joue un rôle prépondérant dans l'autonomie du mobile, car c'est l'un des éléments qui influe le plus la consommation globale du système. L'optimisation du rendement énergétique et de la linéarité du PA sont deux objectifs antagonistes qui nécessitent de réaliser un compromis lors de la conception de l'amplificateur. L'objectif de cette thèse est de réaliser ce compromis en proposant une technique permettant d'améliorer le rendement d'un PA linéaire sans modifier ses performances en linéarité. A partir d'une modélisation mathématique de la dégradation du rendement en fonction des paramètres dynamiques du signal, une technique basée sur la modulation de l'alimentation du PA au rythme de l'enveloppe du signal RF est proposée et validée avec un démonstrateur hybride.

Titre traduit

Design and characterization of high efficiency and high linearity RF power amplifiers for cellular communications

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Résumé

The suppliers of cellular communication services develop new applications (Internet, videos, games. . . ) largely exceeding the simple voice communication. These services require high rate transmissions based on digital complex modulations. The signals generated by these modulations are modulated with non constant envelope and strongly sensitive to the linearity of the power amplifiers (PAs) used for transmitting them. Moreover, the PA has a strong effect on the mobile phone battery life and talk-time because it increases dramatically the total power consumption. The optimization of both PA power efficiency and the linearity are two opposite objectives which require carrying out a compromise when designing amplifiers. Ln this thesis we propose a new technique for improving the efficiency of a linear PA without modifying its linearity. From a mathematical modelling of the power efficiency degradation as a function of the dynamic parameters of the signal, a new technique based on the modulation of the PA power supply at the rate of the RF signal envelope is proposed and validated with a prototype.