Etude d'amplificateurs faible niveau à haute linéarité en technologies intégrées HEMT AsGa pour applications spatiales

par Joseph Tapfuh Mouafo

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique

Sous la direction de Bernard Jarry et de Michel Campovecchio.

Soutenue en 2008

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Modèle spline
• Mesures load-pull
• Optimisation de la linéartié
• Amplificateurs basse fréquence
• Théories non linéaires
• Conception technique -- Amplificateurs

Résumé

Dans ce mémoire, nous examinons en détail les différentes méthodes d'évaluation de la linéarité dans les amplificateurs. Une analyse mathématique par séries de Volterra, basée sur le schéma équivalent d'un transistor HEMT nous a permis de dégager les différents paramètres qui influencent la linéarité d'un amplificateur faible niveau, notamment, son point de polarisation et ses impédances de charge. Ainsi, l'optimisation de la linéarité ne passe plus par l'optimisation du P1dB comme dans le cas des amplificateurs de puissance, mais sur l'optimisation de la charge des transistors du dernier étage à partir des données issues d'une mesure load-pull bi-porteuse visant à maximiser directement le C/I3 pour une puissance de fonctionnement nominale. Cette approche permet de palier à l'absence de modèle non-linéaire fiable pour prédire l'intermodulation à bas niveau de puissance de fonctionnement et d'optimiser la linéarité à partir d'une simple simulation linéaire robuste, fiable et rapide.

Titre traduit

Study of low level and high linearity amplifiers in HEMT GaAs integrated technologies for Space applications

Résumé

This work presents an analysis of low-level and high linearity amplifier circuits, and proposes solutions in order to optimise the ratio between high linearity and low consumption (IP3/Pdc). Different methods to evaluate linearity in amplifier has been studied. Mathematical analysis with Volterra series based on equivalent circuit of HEMT transistor allows us to highlight different parameters influencing linearity in low amplifier, in particular, bias point and load impedances. Hence, linearity optimisation does not involve optimisation of output power at 1 dB gain compression, as for high power amplifier, but optimisation of load of transistor for the last stage, using data from 2 tones load-pull measurement, in order to maximise the C/I3 ratio for a given output power. This approach allow us to bypass the lack of reliable non-linear model of transistor for an accurate IM3 prediction, and help to optimise the linearity using a simple, fast and robust linear simulation.