Thèses sur le sujet « Résonateur à deux amplificateurs »

Le récepteur radio logicielle (SDR) est une technique prometteuse pour les futurs récepteurs adaptés à une variété de protocoles. Il numérise le signal RF directement en basse fréquence. Nous proposons un récepteur SDR basé sur un modulateur sigma-delta à temps continu passe-bande (CT BP ). Nous nous concentrons sur les résonateurs RC actifs pour diminuer la surface du circuit. Nous ciblons les applications au voisinage de 400 MHz, à savoir Advanced Research and Global Observation Satellite (ARGOS), Medical Implant Communication Service (MICS), Automobile Keyless system et Industrial, Scientific and Medical (ISM). Nous présentons une nouvelle comparaison détaillée entre le modulateur CT BP à résonateur à deux amplificateurs et le modulateur CT BP à résonateur à un amplificateur. Les deux modulateurs sont conçus à l'aide de transistors MOS en technologie FDSOI-28nm, où nous utilisons la polarisation du caisson pour compenser les variations de processus, de tension et de température
Software defined radio receiver is a promising technique for future receivers which provides a variety of protocols. It digitizes the RF signal directly to low-frequency. We propose an SDR receiver based on a bandpass sigma delta modulator. The most essential element is the loop filter, there are two main configurations, an LC tank resonator and an active RC resonator. We focus on the active RC resonators for a low chip area. We target applications in the vicinity of 400 MHz, namely Advanced Research and Global Observation Satellite, Medical Implant Communication Service. We introduce a new comparison between the two-op-amp resonator CT BP sigma delta modulator and the one-op-amp resonator CT BP sigma delta modulator. We study the sensitivity of the quality factor and the signal to noise ratio to the DC-gain op-amps in two-op-amp resonator sigma delta modulator. It also shows how, in one-op-amp resonator sigma delta modulator, the quality factor and the signal to noise ratio, are very sensitive to any variations in the capacitors values for limited DC-gain op-amps. We establish a mathematical model of the thermal-noise behaviour for two-op-amp resonator CT BP sigma delta modulator. This model matches the circuit simulator results with a good accuracy. Furthermore, we demonstrate that a high quality factor (>100) of the two-op-amp resonators can be achieved by selecting the proper value of the integrator gain at a moderate DC-gain op-amp (35dB). Both sigma delta modulators are designed using flipped-well devices on fully depleted silicon on insulator technology, where we use body biasing to compensate the process, voltage and temperature variations

Les instruments de musique à anche simple sont des systèmes auto-oscillants pour lesquels
les fréquences de l'oscillation (ou fréquence de jeu) sont influencées à la fois par le résonateur et l'excitateur. Dans cette étude, on s'intèresse au rôle du résonateur et aux fréquences de réesonance et modes qui lui sont associés. Deux parties constituent ce mémoire.

Une analyse détaillée des fréquences propres d'un résonateur de clarinette est présentée
dans la première partie. L'usage de corrections de longueur dépendantes de la fréquence donnent, effet par effet, l'influence sur l'inharmonicité des fréquences de résonance, de petites perturbations (trous latéraux, irrégularités de perce, gradient de température... Les prévisions théoriques sont comparées à des mesures d'impédance d'entrée mais les résultats ne permettent pas de conclure sur l'origine du défaut de justesse ressenti par les musiciens : on en conclut qu'il reste beaucoup à comprendre sur l'influence des paramètres de jeu. Ensuite, une position "optimale" du trou de registre est recherchée par méthodes d'optimisation retrouvant celle utilisée par les facteurs d'instruments.

La seconde partie est consacrée au calcul des auto-oscillations par méthode modale. L'établissement des équations est brièvement rappelé et conduit à deux formulations alternatives. Pour chacune d'elles, l'écriture de la fonction de Green décomposée sur les modes du tuyau conduit à une formulation originale des auto-oscillations dans le domaine temporel. La réduction à un mode aboutit à une équation de type Van der Pol permettant une approche analytique. Les résultats de simulations numériques pour un résonateur à plusieurs pics de résonances permettent une compréhension précise de la façon dont les différents modes sont excités : s'ils sont tous présents à l'attaque d'une note, un seul commence à croître et domine les autres, qui eux commencent par décroître avant d'être réexcités par couplage. Enfin, l'approche présentée est validée par la méthode d'équilibrage harmonique. En conclusion, la seconde partie ayant mis en évidence une variation de fréquence pendant le transitoire, suggère une voie d'études intéressante du problème de perception de la hauteur par les musiciens.

La combinaison du traitement numérique de signal avec la conception optimisée de la partie analogique constitue la voie émergente dans le développement des nouvelles architectures de transmetteurs intelligents. Plus particulièrement, cette technique est utilisée dans les systèmes d'amplification modernes dans le but d'en améliorer la linéarité et/ou l'efficacité énergétique. Le présent travail concerne la technique d'amplification LINC qui consiste à la décomposition d’un signal modulé en amplitude et en phase en deux signaux modulés en phase et à enveloppe constante. Ces deux signaux sont modulés autour d'une fréquence RF et amplifiés séparément par deux amplificateurs non linéaires et recombinés afin de générer une version amplifiée du signal original. Cependant, la principale limitation de cette architecture est le débalancement entre les deux branches qui peut être dû aux imperfections du générateur des signaux ou encore à l'étage RF. En effet, tout débalancement entre ces branches se traduit par une distorsion du signal de sortie et une augmentation des erreurs au niveau du récepteur. Dans ce cadre, notre travail consiste à développer une plateforme matérielle au sein du laboratoire LACIME qui permet de générer une multitude de signaux et de les décomposer selon le principe de la technique LINC. Cette plateforme est composée de deux parties. La première partie est numérique et concerne la génération et la décomposition du signal en bande de base/IF sur un FPGA de type Xilinx-Virtex-4. La deuxième partie concerne la conception de l’étage RF où les signaux décomposés seront transposés en fréquence RF. Cette plateforme offre à l'utilisateur la possibilité de générer différentes modulations de type MQAM (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), largement utilisées dans les standards de communication sans fil, ainsi que le choix du taux de symboles. La décomposition du signal est implémentée par la méthode LUT à une seule dimension permettant d'optimiser les ressources consommées. Deux options sont offertes pour assurer la conversion RF. La première est la conversion directe des signaux en bande de base vers la fréquence RF. La deuxième, hétérodyne, fait intervenir une première conversion en IF autour de 30 MHz avant la transposition à la fréquence RF. L'objectif étant de développer un système large bande dont la fréquence RF comprise entre 2 et 4 GHz, nous avons opté donc pour une architecture à conversion directe permettant de minimiser les coûts associés. Enfin, une boucle de retour a été aussi conçue permettant d'échantillonner la sortie du système et de compenser toute erreur due aux débalancements.

Ce travail a été consacré à l'étude théorique et expérimentale de l'association de deux amplificateurs optiques à semi-conducteur (SOA) associés en cascade en topologie contra-propagative. Il a été mené avec pour objectif d'exploiter le phénomène de la modulation croisée du gain (XGM) pour réaliser de nouvelles fonctions tout-optiques pour les systèmes de communications optiques. Dans un premier temps, les caractéristiques statiques théoriques et expérimentales de la configuration proposée ont montré la possiblité de renforcer significativement la non-linéraité des gains des deux SOA utilisés et d'obtenir une variation positive ou négative pour les gains en fonction de la puissance d'entrée. Ainsi, on peut bénéficier d'un taux d'extinction important pour une petite variation de la puissante incidente. Cette propriété aux sorties des SOA peut être exploité pour assurer la régénération. De plus, cette étude a permis de cerner les paramètres de la configuration permettant d'optimiser ce taux d'extinction, en particulier les longueurs et les gains petit-signal respectifs des deux SOA. Dans un second temps, la caractérisation dynamique de la configuration a montré l'influence importante de la saturation du gain sur les réponses fréquentielles et temporelles aux sorties des deux SOA. L'évaluation du débit accessible avec une telle structure a révélé sa dépendance vis à vis de la distance d'interconnexion qui peut être réduite en intégrant la structure. Enfin, nous vons réalisé plusieurs fonctions tout-optiques avec la configuration étudiée telle que l'interrupteur tout-optique, la fonction logique NON-OU, la fonction de conversion en longueur d'onde directe et/ou inverse ainsi que la fonction logique OU
In this work, a theoretical and experimental study of two cascaded semiconductor optical amplifiers (SOA) in a counter-propagating topology was performed. This study was aimed at exploiting cross gain modulation (XGM) in order to device new all-optical functions for optical communication systems. In a first stage, the theroretical and experimental static characterization of the configuration established the possibility to renforce significantly the gain non-linearity of the two SOAs, leading to either a positive or a negative variation for the gain as a function of the input optical power. Thus, a large extinction ratio can be reached even for a small variation of the incident power. This property can be exploited in order to ensure 2R regeneration. Moreover, this study made it possible to determine those parameters of the configuration that optimize the extinction ratio, in particular the length and the small-signal gain of both SOAs. In a second stage, a dynamic characterization of the configuration was performed, which showed the influence of gain saturation on the frequency and time responses at the output of the two SOAs. Evaluating the rate that can be reached with such a structure revealed a strong dependence on the interconnection distance althought this can be reduced thought integration. Finally, several all-optical functions were devised with the studied configuration, such as an all-opticals switch, a NOR gate, a wavelength conversion function (either direct or inverse) and an OR gate

Pour preparer les futures missions des observatoires radioastronomiques spatiaux, le cnes est responsable d'une experience denommee pronaos, embarquee sous un ballon stratospherique, comprenant un recepteur heterodyne submillimetrique a 380 ghz. Apres une breve presentation de l'instrument et de son interet astrophysique, nous relatons la conception et la realisation de la chaine de reception a la frequence intermediaire 6ghz composee d'un amplificateur a faible bruit et d'un adaptateur d'impedance. Ces deux elements, comme le melangeur qui les precede, sont refroidis pour ameliorer la sensibilite globale du recepteur. Une technologie a l'epreuve des tres basses temperatures (environ 40 k) a ete recherchee et adoptee pour l'amplificateur. Des methodes precises de mesure des faibles temperatures de bruit ont ete mises en uvre pour le caracteriser. L'interface quasi-optique du melangeur avec l'antenne a aussi ete etudiee au cours de ce travail. Nous discuterons du couplage entre les faisceaux et caracteriserons deux elements realisant cette fonction: le cornet et le diplexeur. Dans le cadre des activites du laboratoire et pour preparer mon travail d'instrumentaliste, l'emission de petits nuages moleculaires sombres a ete enregistree a l'aide des radiotelescopes millimetriques: pom1, pom2 et celui de onsala. Les transitions entre les niveaux d'energie de rotation de la molecule de monoxyde de carbone et de ses isotopes, ont permis de resoudre le transfert radiatif dans ces objets, en revelant un milieu calme et froid. Nous proposons en outre une interpretation de leur structure sous la forme d'une multitude de fragments en mouvement. Un modele informatique simulant les raies d'emission produites par un nuage fragmente en trois dimensions a ete entierement developpe. Cette representation est en accord avec nos observations et avec l'heterogeneite reconnue du milieu interstellaire

Nous proposons une mise en uvre de l'approche en deux morceaux dans l'etude de l'amplificateur classe c en technologies unipolaire et bipolaire. Cette approche presente l'interet d'une grande simplicite, puisque l'on considere le composant comme ideal, et il lui correspond une solution analytique relativement simple. Pour notre part, nous allons utiliser differentes methodes d'approche, l'une par morceaux et qui est une generalisation de la commutation, l'autre exacte qui tiendra compte du phenomene non lineaire du composant. C'est la mise en application de cette demarche qui a ete respectee dans notre modelisation. Nous etudions ensuite les principes generaux de la multiplication de deux signaux et du changement de frequence, tout en comparant la realisation de ces fonctions en technologies unipolaire et bipolaire pour les montages simple differentiel et double differentiel. Il etait cependant interessant de parler a ce niveau de l'effet de la degenerescence dans tous les montages essentiels de base traites

Les travaux effectués dans cette thèse portent sur l'amélioration de la linéarité et du rendement énergétique des amplificateurs de puissance pour les communications sans fil. En effet, les amplificateurs de puissance traditiormels à une seule branche ne peuvent pas être efficace et linéaire à la fois. Des techniques qui exigent parfois l'utilisation d'une deuxième branche peuvent aider à l'amélioration de l'efficacité et ou la linéarité. Le cas particulier de ces techniques investigué dans cette thèse est l'amplificateur LINC. C'est une technique qui consiste à convertir le signal à modulation d'enveloppe en deux signaux à modulation de phase et enveloppe constante, amplifier chaque signal efficacement à l'aide d'un amplificateur non linéaire puis combiner les deux signaux pour reproduire un signal linéairement amplifié. Nous avons présenté au début une analyse originale permettant de trouver un modèle simplifié décrivant le comportement du combineur de puissance Chireix. Avec ce modèle l'efficacité et la linéarité sont directement lisibles et la relation entre les différents paramètres de F amplificateur de puissance avec combineur Chireix est plus facilement interprétée. Nous avons constaté aussi avec ce modèle qu'un compromis entre l'efficacité et la linéarité du système peut être obtenu en optimisant la longueur électrique d'un stub connecté en parallèle à l'entrée du combineur Chireix. Une autre analyse mathématique originale à été effectuée dans cette thèse présentant l'interaction entre le combineur Chireix et l'amplificateur de puissance dans chaque branche du LINC. Comme résultat de cette analyse, une augmentation significative de l'efficacité énergétique du système Chireix peut être obtenue en optimisant la longueur d'une ligne de transmission cormectée en série entre l'amplificateur et le combineur. L'avantage de cette technique est que l'amélioration de l'efficacité n'a aucune influence sur la linéarité du système ce qui n'est pas le cas dans la première technique qui optimise la longueur du stub. Le logiciel ADS était utilisé en premier pour valider les résultats de cette étude analytique. Des travaux expérimentaux ont été par la suite effectués au LACIME afin de valider ces résultats. Nous avons fabriqué en premier des combineurs Chireix avec stubs de différentes longueurs afin de mesurer ses paramètres et trouver un compromis acceptable entre l'efficacité et la linéarité. Dans la deuxième partie du travail expérimental, nous avons fabriqué les amplificateurs de puissance et une série des lignes de transmission. Les résultats des mesures obtenues montrent une excellente validité de notre étude analytique.

Le mélange d’onde dans un matériau laser solide placé en inversion de population permet d’enregistrer un hologramme de population qui est à la fois un hologramme de gain et un hologramme d’indice. Ce travail présente tout d’abord une étude fine des variations d’indice de réfraction d’origine électronique qui sont dues à une variation de polarisabilité des ions lorsqu’ils sont promus de l’état fondamental à l’état excité. Une partie de cet effet provient de la présence de bandes UV intenses, un effet qui est donc purement dispersif aux longueurs d’ondes de la transition laser. Nous avons évalué la variation de polarisabilité non résonante des ions Nd3+ et Yb3+ dans les principales matrices lasers et nous avons étudié la nature des transitions optiques à l’origine des variations d’indice observées. Nous avons ensuite exploité les résultats pour prédire le potentiel de ces matériaux laser dans le cadre d’un mélange à deux ondes non-dégénéré pour des longueurs d’ondes situées au voisinage de la transition laser. Ce modèle a été validé expérimentalement dans une fibre cristalline de YAG :Nd3+. L’étude du transfert d’énergie d’un faisceau vers un autre présente un grand intérêt pour des applications telles que la mise en phase de N lasers à fibres et l’interférométrie auto-adaptative. Par ailleurs, un laser auto-adaptatif pompé par diodes laser a été réalisé permettant l’obtention de forte énergie par impulsion. Il présente des performances en terme d’efficacité qui sont tout à fait comparables avec celles des lasers conventionnels avec des avantages supplémentaires tels que la bonne qualité de faisceau, l’aspect mono-fréquence et l’auto-déclenchement de l’impulsion
Wave mixing in an inverted solid state laser material enables to record a population hologram that is both a gain and a refractive index hologram. This work first presents a detailed study of the electronic refractive index change that is due to a polarizability change of the ions when they are brought from the ground state to the excited state. A part of the effect comes from the presence of intense UV bands, an effect that is purely dispersive at the wavelength of the laser transition. We evaluated the non resonant polarisability changes of Nd3+ and Yb3+ ions in the main laser materials and we have studied the nature of the optical transitions at the origin of the observed refractive index variations. We then used these results to predict the potential of the laser materials in a non-degenerate two-wave mixing process for wavelengths in the vicinity of the laser transition. This model has been experimentally validated in a Nd3+:YAG crystal fiber. The study of the energy transfer from one beam to another is of great interest for applications such as phasing of N fiber lasers and self- adaptive interferometry. In addition, a diode-pumped self-adaptive laser resonator was realised and we obtained high energy per pulse. This laser gave rise to efficiencies that are quite comparable with those of conventional lasers with additional advantages such as good beam quality, single-frequency operation and self-triggering of the pulse

Ces travaux de thèse portent principalement sur la génération de signal d'horloge haute fréquence. Dans un premier temps, la faisabilité d'un oscillateur à base de BAW y est démontrée par la conception d'un circuit en technologie CMOS 65 nm. Les deux principales innovations sont les performances en terme de stabilité (bruit de phase de -128dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) et en précision (implémentation d'une banque de capacités ayant un pas de 0.4ppm) de l'oscillateur. Sa consommation est optimisée (0.9mW). Il est suivi d'un diviseur faible bruit (-140dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) délivrant un signal à 500MHz. Dans un second temps, les imperfections des résonateurs BAW sont analysées. Une procédure de calibration comprenant une calibration initiale et une calibration en boucle ouverte est alors proposée. Cette dernière repose sur l'identification et l'utilisation d'un modèle comportemental du dispositif, régulièrement mis à jour grâce à un filtre de Kalman. Une précision de 0.4 ppm est atteinte
This thesis deals with the gigahertz range reference frequency generation. In a first part, this document presents the design of a 500 MHz oscillator in a 65 nm CMOS process using a 2 GHz Bulk Acoustic Wave resonator. A digital frequency control is implemented using a switched capacitor bank in parallel to the resonator. The tuning range is up to 500 kHz with a minimum step of 200 Hz. The oscillator core uses a differential topology and is designed for low phase noise (-128 dBc/Hz at 100 kHz offset) at low power consumption (0.9 mW). It is followed by a low noise divider which provides a 500 MHz output with a phase noise of -139 dBc/Hz at 100 kHz offset from the carrier. In a second part, we consider a method for the calibration of a BAW based frequency reference. In fact, the frequency variations of a BAW oscillator against process, supply, temperature and aging effects make difficult its use as a frequency reference. We propose here a method based on Kalman filtering to identify with high precision a behavioral model of this BAW reference, thus enabling its use in an open loop frequency tuning. A precision of 0.4 ppm is achieved

Ce travail montre les résultats et discussions à propos du projet partagé des structures pour un récepteur radio-fréquence des ondes millimétriques. Deux structures ont été étudiés : Le LNA et le résonateur en anneau. Ces structures ont été développes en utilisant des nouvelles techniques de projet de circuit micro-électroniques et utilisation des outils CAD.Les circuit ont été fabriqués avec la technologie QuBIC NXP®BiCMOS SiGe:C de 0.25μm.Les résultats de mesure sont en conformité avec l’état de l’art pour des LNA
This work presents the results and discussions about shared design (co-design)of structures for a RF receptor in millimetric waves. Two structures were mainly studied: TheLNA and the resonator filter. Both structures were developed using novel microelectronic circuitdesign techniques and with the extensive use of CAD software. The circuits were fabricatedusing a0.25μmBiCMOS SiGe:C QuBIC technology from NXP®semiconductors, and themeasurement results are in conformity with the state-of-the-art

La réalisation d'une source hyperfréquence à très haute pureté spectrale, aussi bien près de la porteuse que loin de la porteuse, présente un véritable enjeu. C'est dans cette optique que s'inscrivent les travaux présentés dans ce manuscrit. Dans un oscillateur, les origines des fluctuations de phase sont diverses, cependant le bruit généré par le composant actif utilisé pour l'amplification est souvent majoritaire et constitue le principal problème à résoudre pour améliorer les performances du dispositif. L'étude des amplificateurs microonde dédiés aux applications à faible bruit de phase constitue par conséquent la problématique essentielle de ce manuscrit. Pour effectuer une telle analyse, nous avons fais le choix d'une approche en boucle ouverte pour la caractérisation et pour la simulation. Par conséquent, il est nécessaire de disposer d'une métrologie du bruit de phase appliquée à cette approche et de mettre en oeuvre des moyens pour atteindre de faibles niveaux de plancher de bruit de phase. Un oscillateur à très faible bruit de phase ne peut être obtenu qu'après une sélection minutieuse du transistor ainsi que l'optimisation des conditions d'utilisation de celui-ci. Cela implique, notamment, la connaissance des mécanismes responsables de la génération de bruit de phase du transistor. En effet, outre le bruit basse fréquence converti, le bruit haute fréquence constitue une des causes de ce bruit. Ce dernier est prédominant dans le spectre de bruit de phase loin de la porteuse pour les transistors à faible bruit en 1/f. Or cette zone de bruit de phase est de première importance pour la performance de la plupart des oscillateurs (DRO, VCO,. . . ). La corrélation entre ce bruit et le bruit de phase a été justifiée à travers une étude expérimentale détaillée comprenant notamment la mesure du facteur de bruit en régime non-linéaire de plusieurs transistors bipolaires. La performance en bruit de phase résiduel ne constitue pas le seul critère pour la réalisation d'un tel oscillateur. En effet, il est nécessaire aussi de considérer la performance en gain du transistor. Afin de tenir compte de ces deux critères, un facteur de sélection a été établi dans ce mémoire
The aim of this theory is to present a methodology for the design of high spectral purity microwave sources, featuring state of the art performance both at low and high offset frequencies. The origin of oscillator phase noise is due to different fluctuations or perturbations. But, the main contributor to this noise is the microwave transistor. The study of microwave amplifiers dedicated to low phase noise applications is thus the main subject of this manuscript. It is interesting to study transistor phase noise instead of oscillator phase noise, because a device in open loop configuration is easier to model or to characterize than an oscillating device. Therefore, our study has been firstly based on experimental results obtained from a phase noise measurement bench which some special techniques have been implemented to characterize ultra low phase noise devices. Selecting the appropriate device and using this transistor in appropriate operating conditions are some keys of success in low phase noise oscillator design. This involves a good knowledge of the noise generation mechanisms. The transistor phase noise is indeed not entirely related to the device low frequency noise properties. .

L'objectif de cette thèse est le développement de deux architectures d'oscillateurs optoélectroniques (OEO) afin de générer des signaux microondes très stables pour des applications radar. Les nouvelles génération de radar et de systèmes de guerre électronique requièrent le développement de nouvelles sources de signaux microondes très stables. La première architecture réalisée consiste à stabiliser le signal d'un laser bifréquence avec une boucle à verrouillage de fréquence optique. L'étude théorique et expérimentale du système a permis d'améliorer significativement la pureté spectrale du signal délivré par le laser. Implémenté avec une fibre optique de 100 m de long, l'oscillateur présente un bruit de phase de -105 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse avec une accordabilité de 2,5 à 5,5 GHz par pas de 2 MHz. Ces résultats correspondent aux limites techniques fixées par les composants hyperfréquences utilisés pour la boucle de stabilisation. L'implémentation de la boucle avec deux retards optiques en parallèles ou avec un anneau de fibre résonant comme retard optique est également étudiée. La seconde architecture développée est un oscillateur optoélectroniques couplé (COEO). Celle-ci, similaire à celle d'un laser à verrouillage de modes régénératif, résulte de l'imbrication d'une cavité laser à modes bloqués et d'une cavité optoélectronique résonante. Le développement du laser autour d'un amplificateur optique à semiconducteur (SOA) à semelle permet de tirer parti d'une puissance de saturation élevée et du faible bruit inhérent à ces composants. Nous mesurons avec ce dispositif une densité spectrale de puissance de bruit de phase de -135 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse à 10 GHz
The objectives of this thesis is the developement of two optoelectronic oscillator architectures dedicated to the generation of low noise microwave signals for radar applications. The first oscillator is based on the stabilization of the beatnote of a widely tunable dual-frequency laser with an optical fiber delay line. A fine analysis of the stabilization loop implemented with a 100 m long optical fiber allowed us to reach the technical limit fixed by the loop microwave amplifiers. The oscillator is tunable from 2. 5 to 5. 5 GHz by 2 MHz steps and present a phase noise power spectral density of -105 dBc/Hz at 10 kHz offset from the carrier (performance independent of the carrier frequency). The use of two optical fibers in a double delay lines architecture and of a fiber ring resonator as a delay line are also investigated. The second architecture developed is a coupled optoelectronic oscillator (COEO). The architecture, similar to a regenerative mode-locked laser, is realized by coupling a resonant laser cavity to a resonant optoelectronic loop. The developpement of this oscillator is based on a new architecture of SOA : an asymmetrical cladding semiconductor optical amplifier. This component offers better saturation power and lower intrinsic noise than the classical design. The COEO operates around 10 GHz. A phase noise power spectral density of -135 dBc/Hz is measured at 10 kHz offset from the carrier

Cette thèse présente tout d'abord le travail effectué sur la modélisation non-linéaire et en bruit d'amplificateurs micro-ondes appliquée à la conception d'oscillateurs à très haute pureté spectrale. Les composants actifs faisant l'objet d'une caractérisation en bruit en régime nonlin éaire et d'une optimisation en bruit de phase, sont des transistors SiGe. Le but de ce travail est principalement de comprendre comment modéliser le bruit dans ces transistors en fonctionnement non-linéaire afin de calculer de fa¸con précise le niveau de bruit de phase des amplificateurs utilisés dans une boucle d'oscillation. Cette modélisation fine nous permet de concevoir un amplificateur en bande X présentant une performance en bruit de phase très intéressante pour une application d'oscillateur. De plus, la topologie utilisée pour cet amplificateur est des plus simples car n'utilisant que deux transistors en cascade. Nous obtenons ainsi un très bon compromis gain/bruit de phase. Un autre problème concerne l'application de ces mêmes techniques de caractérisation et de modélisation aux résonateurs FBAR et SMR. Ces résonateurs sont utilisés depuis peu pour la réalisation de sources hyperfréquences intégrées de grande qualité. Ils apportent cependant leur propre contribution de bruit au système, et doivent faire l'objet d'une approche de modélisation non-linéaire et en bruit. Ce manuscrit de thèse présente tout d'abord les différentes techniques de mesure de bruit des composants actifs, qu'il s'agisse de transistors ou encore de résonateurs intégrés. Il décrit ensuite des techniques de modélisation de composants en régime non-linéaire, incluant les sources de bruit. La conception et l'optimisation d'un amplificateur à faible bruit de phase est ensuite détaillée. Cet amplificateur en technologie hybride présente une excellente performance en bruit de phase pour une consommation réduite. Enfin, les techniques de mesures et de modélisation précédemment décrites sont appliquées aux résonat eurs SMR et FBAR afin d'extraire leur contributions en bruit, ainsi qu'un modèle non-linéaire et en bruit de ces composants. Ce travail démontre ainsi la faisabilité d'une modélisation fine du bruit en régime nonlin éaire. Celle-ci peut être très utile pour concevoir et optimiser des circuits destinés à être intégrés dans des sources stables ou ultrastables, que ce soit pour des applications tempsfr équence pour lesquelles une très haute pureté spectrale est nécessaire, ou pour des applications MMIC où la pureté spectrale et le fort niveau d'intégration doivent être obtenu simultanément.

Au cours de ce travail de thèse nous avons conçu, fabriqué et caractérisé des nano-résonateurs optomécaniques à disques en arséniure de gallium (GaAs), en milieu cryogénique. Ces disques qui supportent à la fois des modes mécaniques vibrant au GHz et des modes optiques résonant à λ ≈ 1500 nm fortement couplés (g 0 ≈ MHz), présentent des facteurs de qualité élevés (> 10^4 pour la mécanique et > 10^5 pour l’optique, à 3 K). Malgré ces performances à l’état de l’art, le refroidissement optomécanique par bande latérale du mouvement n’est pas suffisamment efficace pour atteindre l’état fondamental quantique (moins d’1 phonon en moyenne). Nous avons étudié systématiquement les sources de dissipation mécanique qui limitent le refroidissement, et mis en évidence l’impact des systèmes à deux niveaux à la surface des nano-résonateurs. Nous avons également étudié l’excitation optique pulsée de nos systèmes, pour contourner les phénomènes absorptifs et thermiques qui contrecarrent le refroidissement, et fait ressortir deux propriétés importantes de l’excitation pulsée : la puissance optique moyenne injectée, et la période de répétition des pulses par rapport aux temps de relaxation du système. Des schémas alternatifs de contrôle optique des nano-résonateurs mécaniques émergent, qui pourraient être combinés avec une opération à ultra-basse température (<< 1 K)
During this doctoral work, we have designed, fabricated and characterised gallium arsenide (GaAs) optomechanical disk nano-resonators, in a cryogenic environment. These disks which bear highly coupled (g 0 ≈ MHz) GHz mechanical modes and telecom wavelength (λ ≈ 1550 nm) optical modes, show high mechanical (> 10^4 ) and optical (> 10^5 ) quality factors at 3 K. However, despite these state of the art performances, the optomechanical sideband cooling mechanism of the mechanical motion is not efficient enough to reach the quantum groundstate (less than 1 phonon in average). To determine the limiting factors, we have presented a systematical study of the mechanical dissipation channels and shown that two-level systems (TLS) at the surface of the material play a major role. We have also studied pulsed optical excitation of our resonators, in order to avoid absorption and thermal phenomena which limit the optomechanical cooling. We thus have underlined two main properties of the pulsed excitation : average injected optical power, and repetition period of the pulses with respect to the relaxation times of our systems. Alternative optical control schemes of the mechanical nanoresonators have emerged, which could be coupled to ultra-cold operation (T << 1 K)

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
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 travail présenté ici s'inscrit dans la perspective du développement de modules électroniques à très faible coût et à très faible consommation pour les réseaux de capteurs sans fils (WSN). Il traite de la conception et du test d'une chaîne de réception RF compatible avec la norme IEEE 802.15.4 pour la bande ISM 2.4GHz. L'interface RF objet de notre étude inclue toutes les fonctions depuis l'antenne jusqu'au 1er étage du filtre analogique en bande de base, à partir duquel le gain devient suffisant pour masquer le bruit introduit par le reste de la chaîne de réception. Ce mémoire articulé autour de quatre chapitres, décrit toutes les étapes depuis la définition des spécifications de la chaîne de réception jusqu'à la présentation de ses performances, en passant par l'étude de son architecture et la conception de ses différents étages. Suite à l'étude de l'impact des interféreurs IEEE 802.15.4 et IEEE 802.11b présents dans la bande ISM 2.4GHz, une architecture utilisant une fréquence intermédiaire de 6MHz a été retenue. En outre, pour pouvoir répondre aux spécifications fixées, cette architecture est composée de plusieurs étages innovants ou originaux tels qu'un balun intégré trois accès, un amplificateur faible bruit sans inductance, un mélangeur passif piloté par un signal local (OL) à très faible rapport cyclique ainsi qu'un filtre bande de base optimisé en bruit et en linéarité. Intégré dans une technologie CMOS 90nm, ce récepteur occupe une surface de 0.07mm², ou 0.23mm² en incluant le balun intégré, qui représente une réduction de 70% par rapport à l'état de l'art des puces compatibles avec le standard IEEE 802.15.4. En prenant en compte la consommation dynamique de toute la chaîne de mise en forme du signal OL, la tête de réception précédemment décrite consomme seulement 4mA sous une tension d'alimentation de 1.35V. Enfin, en incluant le balun intégré, le gain est de 35dBv/dBm, le facteur de bruit de 7.5dB, l'IIP3 de -10dBm et la réjection d'image supérie ure à 32dB. Ces performances placent ce récepteur parmi les récepteurs RF les plus performants pour cette application. Les nombreux principes mis en Suvre sont par ailleurs transposables à d'autres bandes de fréquences et à d'autres standards de communication.