Etude et Conception d’amplificateurs DOHERTY GaN en technologie Quasi - MMIC en bande C

par Mohammed Ayad

Thèse de doctorat en Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes

Sous la direction de Denis Barataud, Guillaume Neveux et de Juan Obregon.

Soutenue le 30-06-2017

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le jury était composé de Eric Bergeault, Eric Kerhervé, Serge Verdeyme, Marc Camiade, Estelle Byk, Claude Duvanaud, Stéphane Piotrowicz.

Les rapporteurs étaient Eric Bergeault, Eric Kerhervé.


  • Résumé

    Ce travail répond à un besoin industriel accru en termes d’amplification des signaux sur porteuses à enveloppes variables utilisés par les systèmes de télécommunications actuels. Ces signaux disposent d’un fort PAPR et d’une distribution statistique d’enveloppe centrée en-deçà de la valeur crête d’enveloppe. La raison pour laquelle les industriels télécoms requièrent alors des amplificateurs de très fortes puissances de sortie, robustes, fiables et ayant une dépense énergétique optimale le long de la dynamique d’enveloppe associée à un niveau de linéarité acceptable. Ce document expose les résultats d’étude et de réalisation de deux Amplificateurs de Puissance Doherty (APD) à haut rendement encapsulés en boîtiers plastiques QFN. Le premier est un amplificateur Doherty symétrique classique (APD-SE) et le second est un amplificateur à deux entrées RF (APD-DE). Ces démonstrateurs fonctionnant en bande C sont fondés sur l’utilisation de la technologie Quasi-MMIC associant des barrettes de puissance à base des transistors HEMTs AlGaN/GaN sur SiC à des circuits d’adaptation en technologie ULRC. L’approche Quasi-MMIC associée à la solution d’encapsulation plastique QFN permettant une meilleure gestion des comportements thermiques offre des performances électriques similaires à celles de la technologie MMIC avec des coûts et des cycles de fabrication très attractifs. Durant ces travaux, une nouvelle méthode d’évaluation des transistors dédiés à la conception d’amplificateurs Doherty a été développée et mise en oeuvre. L’utilisation intensive des simulations électromagnétiques 2.5D et 3D a permis de bien prendre en compte les effets de couplages entre les différents circuits dans l’environnement du boîtier QFN. Les résultats des tests des amplificateurs réalisés fonctionnant sur une bande de 1GHz ont permis de valider la méthode de conception et ont montré que les concepts avancés associés à l’approche Quasi-MMIC ainsi qu’à des technologies d’encapsulation plastique, peuvent générer des fonctions micro-ondes innovantes. Les caractérisations de l’APD-DE ont relevé l’intérêt inhérent à la préformation des signaux d’excitation et des points de polarisation de chaque étage de l’amplificateur.

  • Titre traduit

    Study and conception of GaN Doherty amplifiers in Quasi - MMIC technology on C band


  • Résumé

    This work responds to an increased industrial need for on carrier signals with variable envelope amplification used by current telecommunications systems. These signals have a strong PAPR and an envelope statistical distribution centred below the envelope peak value, the reason why the telecom industrialists then require a robust and reliable high power amplifiers having an energy expenditure along of the envelope dynamics associated with an acceptable level of linearity. This document presents the results of the study and realization of two, high efficiency, Doherty Power Amplifiers (DPA) encapsulated in QFN plastic packages. The first is a conventional Doherty power Amplifier (DPA-SE) and the second is a dual-input Doherty power amplifier (DPA-DE). These C-band demonstrators are based on the use of Quasi-MMIC technology combining power bars based on the AlGaN/GaN transistors on SiC to matching circuits in ULRC technology. The Quasi-MMIC approach combined with Quasi-MMIC approach combined with QFN plastic package solution for better thermal behaviour management offers electrical performances similar to those of MMIC technology with very attractive coasts and manufacturing cycles. During this work, a new evaluation method for the transistors dedicated to the design of DPA was developed and implemented. The intensive use of 2.5D and 3D electromagnetic simulations made it possible to take into account the coupling effects existing between the different circuits in the QFN package environment. The results of the tests of the amplifiers realised and operating on 1GHz bandwidth validated the design method and showed that the advanced concepts associated with the Quasi-MMIC approach as well as plastic encapsulation technologies can generate innovative microwave functions. The characterizations of the DPA-DE have noted the interest inherent in the preformation of the excitation signals and the bias points of each stage of the amplifier.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 30-06-2022

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