Conception d’un système amplificateur pour récepteurs millimétriques sans fil

Résumé du document

Une des solutions pour diminuer la charge des bandes décimétriques et centimétriques, c'est de faire migrer certains services vers des bandes moins saturées ou non utilisées pour l'instant. La bande des ondes millimétriques est restée longtemps, un domaine consacré aux recherches expérimentales, aux radars ou aux besoins militaires. Comme cette bande est presque libre, et en tenant compte de sa largeur qui s'étend de 30 GHz jusqu'à 300 GHz, constitue un bon candidat pour les applications futures qui exigent des canaux de plus en plus larges.

Les propriétés particulières de propagation et de bande passante donnent à ces ondes de larges possibilités d'utilisation, ce qui les rend très importantes actuellement. Les applications de télécommunications pour grand public nécessitent des solutions, qui répondent aux critères de mobilités (légers et de petites dimensions) et qu'ils soient peu coûteux.

Les systèmes hyperfréquences classiques ont été basés principalement sur la technologie de guide d'ondes. Les dispositifs utilisant cette technologie sont encombrant, lourds et onéreux. L'avancement de la technologie des circuits hyperfréquences avec l'apparition des circuits monolithiques, a permis de créer une nouvelle génération de circuits physiquement plus petits, plus légers et dont la production en masse est possible, ce qui réduit le coût de fabrication et fournit des solutions plus adaptées aux applications grand public.

L'amplificateur micro-ondes étant un des circuits de base des systèmes de communication, il a largement profité de cette avancée technologique.
Le but de ce travail est la conception d'un préamplificateur et d'un amplificateur de puissance, qui peuvent êtres intégrés dans un système amplificateur pour des récepteurs sans fil dans la bande millimétrique.

Extraits

[...] Nous voyons bien que le préamplificateur est adapté pour le minimum de facteur de bruit. SP1.SP.Sopt m1 freq= 32.20 GHz SP1.SP.Sopt= 0.018 / - 10.886 impedance = Z0 * ( 1.037 - j 0.007 ) m1 freq ( 1.000 GHz to 40.00 GHz) Figure 4.10 : détermination du coefficient de réflexion optimal en bruit. Les paramètres S du préamplificateur en fonction de la fréquence sont donnés à la figure Ils montrent que le module de S11 et de S22 est toujours inférieur à 1 (i.e ce qui assure la stabilité pendant le fonctionnement Chapitre 4 : Conception d'un système amplificateur millimétrique Dans le cas de S11, le minimum ne se situe pas à 32.24 GHz ce qui est normal vu que l'entrée n'est pas adaptée par rapport à 50 mais optimisée pour le minimum de bruit. [...]

[...] On appelle facteur de bruit du circuit le facteur F défini par : = Avec : 1 Le facteur de bruit F s'exprime généralement en dB : = 10 log ( ) . ( 2.2 ) Formule de FRIIS Soit un système de n quadripôles Q1, Q Qn montés en cascade. Pour un quadripôle Qn, on note le facteur de bruit par et le gain par Gn. Alors le facteur de bruit de système s'écrit : = + + + . (. ) . [...]

[...] Ce chapitre définit la structure générale d'un amplificateur hyper-fréquences, passe en revue les différents types d'amplificateurs, et présente les composants de base utilisés en amplification : les transistors. Chapitre 2 : Principes des amplificateurs hyper-fréquences 2.1 .Généralités sur les amplificateurs hyper-fréquences L'amplificateur hyper-fréquences est un quadripôle qui permet d'avoir un gain entre la grandeur injecté à son entrée et celle qui est récupérée à sa sortie Structure générale d'un amplificateur micro-onde La structure d'un amplificateur micro-onde est donnée par la figure 2.1 ci dessous: Circuit d'alimentation L'entrée Cellule d'adaptation Composant actif Cellule d'adaptation La sortie Figure 2.1 : la structure d'un amplificateur micro-onde L'amplificateur peut être décomposé en trois parties : Composant actif : La partie active peut être composée par un ou plusieurs transistors selon les caractéristiques voulues. [...]

[...] Ensuite on passe à la conception des cellules d'adaptation en fonction de configuration voulue : gain élevé, faible facteur de bruit ou puissance élevée. Un circuit d'alimentation est nécessaire afin de fournir de l'énergie à l'amplificateur. La conception de l'amplificateur ne donne pas des valeurs exactes a cause des simplifications utilisés dans les calculs, donc une fois terminer le prototype initial il faut passer à la simulation, les tests et l'optimisation de l'amplificateur. Enfin, il ne reste que la génération du masque et la réalisation de circuit. [...]

[...] Au delà d'une tension Vds=Vmin (tension de coude), les électrons du canal atteignent leur vitesse maximale. En conséquence, le courant Ids atteint le niveau de saturation. L'avalanche : La jonction grille drain devient fortement polarisée en inverse. Le champ électrique devient localement très important, un phénomène d'avalanche se produit, et le composant est finalement détruit Modèle électrique linéaire d'un HEMT Le modèle électrique linéaire décrit le comportement d'un transistor en faible signal. La figure 2.8 représente le modèle linéaire d'un HEMT en hautes fréquences. [...]