Conception d’amplificateurs de puissance haut rendement en technologie MMIC pour applications radiocommunication 5G

Design of high-efficiency power amplifiers using MMIC technology for 5G radio communication applications.

• Auteur / Autrice : Olivier Nonet
• Direction : Denis Barataud, Michel Campovecchio, Wilfried Demenitroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et ingénierie pour l’information
• Date : Soutenance le 01/07/2024
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Ménudier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Ménudier, Olivier Jardel, Emmanuel Gatard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Bergeault, Juan-Mari Collantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

5G (téléphonie mobile)

Innovation

Amplificateurs de puissance

Mots clés libres

HPA

MMIC

Quasi-MMIC

HEMT GaN

5G

Suivi d’Enveloppe

Convertisseur DC/DC multi-phase

Large-bande

Conception hybride

Conception de circuits

HPA

MMIC

Quasi-MMIC

HEMT GaN

5G

Envelope Tracking

Multi-phase DC/DC converter

Wideband

Hybrid desing

Circuit layout design

Résumé

Les réseaux modernes de radiocommunication utilisent des signaux modulés complexes à forte efficacité spectrale et offrent des débits de donnés importants avec en contrepartie, des facteurs de crête élevés. Ce dernier paramètre dégrade fortement le rendement moyen des amplificateurs, la dissipation thermique est de fait augmentée limitant ainsi les perspectives de miniaturisation, de réduction des coûts et de fiabilité des amplificateurs. Ce travail présente la conception d’un amplificateur de puissance RF >40W en bande L/S miniaturisé. Ce composant a spécifiquement été réalisé pour être compatible avec un système d’amélioration de rendement de type suivi d’enveloppe. Pour répondre à ce besoin, une approche de miniaturisation quasi-MMIC en boitier plastique, composée d’une partie active HEMT GaN 0.25µm sur SiC, et de circuits passifs d’adaptation en AsGa (ULRC-20) ont été retenus. Une architecture de suivi d’enveloppe de type multi-phases a ensuite été développée dans le but d’être associée à cet amplificateur et fonctionner avec des signaux modulés 5G complexes, large-bande à forts niveaux de PAPR (>8dB).

Modern radio communication networks use complex modulated signals with high spectral efficiency, offering significant data rates. However, this comes at the expense of high peak factors.This latter parameter significantly degrades the average efficiency of amplifiers, leading to increased thermal dissipation, thereby limiting prospects for miniaturization, cost reduction, and reliability of the power amplifier. This work presents the design of an RF power amplifier >40W in the L/S band. This component has been specifically developed to be compatible with an envelope tracking efficiency enhancement system. To meet this requirement, a quasi-MMIC miniaturization approach in a plastic package, comprising a GaN HEMT 0.25µm on SiC active part, and passive adaptation circuits in AsGa (ULRC-20), have been selected. A multi-phase envelope tracking architecture has subsequently been developed to be associated with this amplifier and operate with complex 5G modulated signals, wideband with high PAPR levels (>8dB).