Méthode d'encapsulation optimale d'une technologie HEMT GaN pour la conception d'amplificateurs large bande à forte puissance et haut rendement destinés aux applications radars en bande S

Optimal packaging methodology of HEMT GaN technology to design high efficiency and wideband high power amplifier for radar applications in S-band

• Auteur / Autrice : Jérôme Chéron
• Direction : Michel Campovecchio, Denis Barataud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Encapsulation (électronique)

Systèmes de télécommunications à large bande

Radar

Nitrure de gallium

Transistors à effet de champ à dopage modulé

Amplificateurs de puissance

Mots clés libres

Bande S

Résumé

Les applications radars requièrent aujourd’hui des performances très importantes en termes de puissance émise, de rendement et de bande passante, afin de réduire les coûts et l’encombrement des systèmes radars. Le transistor HEMT GaN est la technologie de puissance qui répond le plus favorablement aux applications radars en bande S. Des amplificateurs de puissance peuvent être désormais réalisés en technologie HEMT GaN de forts développements. Au cours de ces travaux de thèse, une nouvelle méthodologie d’encapsulation des barrettes de puissance GaN a été mise en œuvre afin de passer outre les techniques de conception actuelles limitant l’obtention des performances haut rendement sur de larges bandes passantes. Ainsi, une technique de synthèse de boîtier a permis d’assurer un fonctionnement optimal en rendement de la barrette de puissance GaN sur une large bande passante. Des démonstrateurs ont été réalisés et ont démontré des PAE de l’ordre 60%, associées à des puissances de sortie de 50 W sur une bande passante de 25% (autour de 3. 2 GHz) en bande S. Ces démonstrateurs proposent également une très bonne robustesse à de fortes variations de TOS aux fréquences harmoniques et présentent une surface d’adaptation sur 50 ? inférieure à 0. 7 cm².

Radar applications require more performances in terms of high efficiency, wideband and output power in order to minimize power consumption, system size and cooling. Henceforth, HEMT GaN transistor is the most suitable technology for high power requirements of radar applications in S-Band. The aim of this thesis is to propose a new methodology for power bar packaging in order to overcome usual design techniques that limit both efficiency and wideband performances. Thus, a package design was optimized to obtain an optimal behaviour of the HEMT GaN power bar and to ensure high efficiency on wide bandwidth. Optimized packaged power bars were realized demonstrating 60% PAE with 50 W output power on 25% bandwidth in S-band (around 3. 2 GHz). The robustness of these amplifiers was highlighted. They can withstand very high SWR at the harmonic frequencies without any change in performance. Moreover, dimensions of these optimized packaged power bars are lower than 0. 7 cm².