Дисертації з теми "Amplificateurs GaN"
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Theveneau, Hadrien. "Amplificateurs de puissance à transistors GaN." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10204/document.
Анотація:
L'objectif de cette thèse est la réalisation d'une source de puissance pulsée à transistors GaN. Après une étude d'applications des micro-ondes de forte puissance, ainsi qu'un état de l'art des sources, nous avons réalisé deux prototypes de modules élémentaires d'amplification (bande large et bande étroite). Le module bande large délivre 70 W CW de 1 à 2,5 GHz et le module bande étroite délivre une puissance supérieure à 550 W de 1,1 à 1,3 GHz, avec un pic de 750 W à 1,1 GHz, dans des impulsions de 500 µs avec un rapport cyclique de 10 %. Une difficulté est que les transistors GaN ont des impédance d'entrée et de sortie faibles, entre 1 et 5 Ω, difficile à adapter vers le standard 50 Ω sur une large bande, et qu'il faut combiner les puissances de plusieurs transistors entre eux pour atteindre des puissances élevées, tout en assurant leur isolation mutuelle pour éviter la propagation de pannes et des oscillations. Nous avons développé un combineur de puissance utilisant une préadaptation d'impédance avec un plan de masse fendu permettant d'avoir une impédance d'entréee basse, 2,5 Ω, et utilisant un absorbant micro-ondes afin d'éviter de réfléchir les modes impairs, ce qui permet d'isoler les transistors entre euxThe goal of this thesis is to realize a pulsed power source with GaN transistors. After a study of the applications of high power microwaves, and a state of the art of the sources, we realized two prototypes of elementary amplifier modules (wide and narrow band). The wideband module produces 70 W CW from 1 to 2.5 GHz, and the narrowband module produces a power higher than 550 W from 1.1 to 1.3 GHz, with a 750 W peak at 1.1 GHz, in 500 µs pulses with 10 % duty cycle. One difficulty is that GaN transistors have low input and output impedances, from 1 to 5 Ω, difficult to adapt towards the 50 Ω standard on a wide bandwidth, and that several transistors need to be combined to reach high input powers, ensuring their mutual isolation to avoid failure propagation and oscillations. We developpes a power combiner using an impedance pre-adaptation with a deffective ground plane allowing to reach a 2.5 Ω low input impedance, and using a microwave absorber to avoid odd mode reflections, which allows the mutual isolation of the transistors
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Gamand, Florent. "Amplificateurs de puissance et convertisseurs DC/DC à base de GaN pour des applications hyperfréquences." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10064/document.
Анотація:
Dans les systèmes de télécommunication modernes et en particulier pour l'amplification de puissance RF, le rendement est un élément clé. Il doit être le plus élevé possible pour réduire la consommation. Afin d'augmenter le rendement global d'un amplificateur de puissance, la technique de polarisation dynamique, souvent basée sur l'association d'un amplificateur et d'un convertisseur DC/DC, est couramment employée. Les transistors de type HEMT GaN délivrent des puissances importantes tout en ayant des fréquences de fonctionnement élevées, de plus leur capacité à commuter rapidement et leurs faibles pertes résistives en font d'excellents candidats à la fois pour les applications d'amplification de puissance et de commutation à haute fréquence de découpage et haut rendement tels que les convertisseurs DC/DC utilisés dans le cadre d'une polarisation dynamique.Le premier chapitre de ce mémoire est consacré aux propriétés des transistors à base de GaN et leurs intérêts pour des applications d'amplification hyperfréquence et de commutation. Leur caractérisation et modélisation sont également abordées. Le deuxième chapitre est consacré à la conception et à la caractérisation de convertisseurs DC/DC GaN à haute vitesse de découpage pour des applications de polarisation dynamique d'amplificateurs de puissance. Le troisième chapitre aborde la conception d'amplificateurs de puissance GaN à haut rendement en bande C pour des applications de télécommunication. L'association d'un convertisseur DC/DC développé au chapitre II et d'un amplificateur GaN en bande S dans le cadre de la polarisation dynamique sera également présentée et ses effets sur l'amélioration du rendement étudiésHigh efficiency is a key element in modern telecommunication systems, especially in RF power amplifiers. Efficiency has to be as high as possible in order to reduce power consumption thus minimising working cost, maximising autonomy and improve system reliability. In order to increase global efficiency of a power amplifier, dynamic biasing, based on the association of an amplifier and a DC/DC converter, is often used. GaN HEMTs enable high RF power at high frequencies, moreover their capability to switch very quickly and their low resistive losses make them good candidates for both power amplification applications and high speed, high efficiency commutation applications, like DC/DC converters used in dynamic biasing systems. The first part of this manuscript is dedicated to GaN transistors properties and their advantages compared to other semi-conductors for commutation and RF amplification applications. Their characterisation and modelling is also discussed. The second chapter is dedicated to the design and characterisation of high speed DC/DC converters for dynamic biasing applications. The last part approaches high efficiency GaN power amplifiers design in C band for telecommunication applications. The association of a DC/DC converter, designed in chapter II, and a GaN power amplifier in S band in the context of dynamic biasing is also presented and the obtained efficiency improvement is reported
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Augeau, Patrick. "Alimentations de puissance agiles en technologie GaN pour l’amplification de puissance RF." Limoges, 2014. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/9021e9e4-b921-4e14-b994-76a04bf6c5db/blobholder:0/2014LIMO4010.pdf.
Анотація:
Dans un système de télécommunications, l’amplificateur de puissance à l’émission est le dispositif présentant les pertes énergétiques les plus importantes. Il s’avère nécessaire de mettre en oeuvre des techniques d’amélioration de son rendement. La gestion dynamique de polarisation (envelope tracking) est une des solutions possibles qui consiste à adapter la polarisation de l’amplificateur au niveau de puissance instantanée appliqué à son entrée. L’état de l’art des différents travaux portant sur les modulateurs de polarisation pour l’envelope tracking met en évidence la complexité de conception de tels modulateurs ayant les performances requises en termes de rendement, rapidité et puissance. Dans ces travaux de thèse, une cellule de commutation originale à base de transistors GaN est analysée théoriquement puis par des simulations temporelles non-linéaires. Les résultats expérimentaux ont validé les prévisions théoriques. Deux modulateurs de polarisation ont ensuite été réalisés à partir des cellules de commutation élémentaires. Le premier modulateur est un convertisseur DC-DC basé sur une modulation PWM dédié à l’envelope tracking continu. Le deuxième modulateur de polarisation est un dispositif de commutation d’alimentations dédié à l’envelope tracking discret. Le couplage de ce modulateur avec un amplificateur de puissance RF a été réalisé et les résultats en matière de rendement et de linéarité sont présentésIn telecommunication systems, the impact of front-end consumption on the system efficiency is one of the most critical issues which drives a lot of research effort. At power amplifier (PA) level, the implementation of efficiency improvement techniques is mandatory. The dynamic biasing technique (envelope tracking) appears as a promising technique for the modern standard communications requirements. In such a technique, the drain supply voltage of the PA is dynamically adjusted in accordance with the value of envelope signal being transmitted. State of the art works focusing on bias modulators for envelope tracking highlight the design complexity of such modulators to meet the expected efficiency, power and speed requirements. In this thesis, innovative topology and design method of GaN-based switching cells is theoretically analyzed and validated by non-linear transient simulations. Such improvements of switching cells are validated by two different demonstrators which are realized in high-frequency, high-power GaN HEMT technology. The first modulator is a DC-DC converter driven by a Pulse Width Modulation (PWM) signal, in order to perform a continuous tracking of the drain supply envelope. The second modulator operates in switching mode in order to perform a discrete tracking of the drain supply envelope. This last modulator was coupled to a RF power amplifier to experimentally demonstrate its efficiency without negative impact on PA linearity
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Sardin, David. "Méthodes de conception d’amplificateurs de puissance flexibles pour les applications spatiale : Application en bande S et en technologie HEMT GaN à un module 30W contrôlé par envelope tracking." Limoges, 2010. http://www.theses.fr/2010LIMO4042.
Анотація:
Ce travail de thèse concerne l'amélioration du rendement des amplificateurs de puissance utilisés dans les équipements radiofréquence. Les besoins actuels dans le domaine des télécommunications spatiales imposent aux satellites de présenter des capacités de reconfigurabilité et de flexibilité en puissance. La finalité est d'une part, d'utiliser de manière optimale la puissanceDC disponible à bord et d'autre part, de permettre une évolution de la mission du satellite. Dans ce contexte, ce manuscrit présente le développement d'un amplificateur de puissance RF 30W à fort rendement basé sur le principe de la technique de l'envelope tracking. L'amplificateur d'enveloppe VHF ainsi proposé démontre d'excellentes performances en rendement et en bande passante en présence de signaux modulés à large bandeThis work deals with efficiency improvement of power amplifiers which are part of radiofrequency systems. Current requirements in the aerospace industry make next generation satellites to be power flexible and reconfigurable in order to follow markets evolution. Hence, the idea aims on the one hand, at properly using available on-board DC power and on the other hand, at offering the spacecraft capabilities to lead various mission plans. Consequently, this thesis mainly deals with efficiency improvement of HPAs and describes the design of an highly efficient 30W HPA based on the Envelope Tracking concept. The proposed VHF envelope amplifier demonstrates significant performances regarding efficiency and bandwidth while assuming wide bandwidth modulated signals
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Allam-Ouyahia, Samia. "Amplificateurs de puissance à très haut rendement, pour les systèmes radar basés sur les technologies LDMOS Si et HEMT Gan." Cergy-Pontoise, 2006. http://www.theses.fr/2006CERG0331.
Анотація:
L'objectif de ce travail est d'évaluer de nouvelles technologies de puissance pour les émetteurs des systèmes radar de Thalès Air Defence. Le problème majeur dans les amplificateurs de puissance dans les modules émission réception est l'évacuation de la chaleur produite. Pour résoudre cette problématique nous avons évalué les potentialités de chaque technologie ainsi que l'optimisation de leurs rendements. Notamment nous avons cherché à évaluer les performances qui peuvent être obtenues sur les deux technologies considérées, à savoir le GaN et Silicium LDMOS. Concernant la technologie LDMOS, nous avons fait la conception et la réalisation de deux amplificateurs en bande L. Les mesures du premier amplificateur montrent un PAE de 71. 8% associé à une puissance de sortie de 13. 5W à 1 GHz. Dans le deuxième amplificateur, nous nous sommes intéressés à l'élargissement de la bande à 15% (bande radar). La solution que nous avons proposé a permis la réalisation d'un amplificateur qui fournit une puissance de sortie supérieure à 10W associée à un PAE supérieur à 60% dans toute la bande de fréquenceThe objective of this work is to evaluate power technologies and high efficiency classes (F and inverse F ) for L-band TIR module in phase array radar of Thalès Air Defence. The rapid development of active antennas systems has put power amplifier (PA) efficiency in focus. The combination of high PAE and high power density is very important in new radar generations. We evaluated the performances of two technologies considered HEMT GaN and Silicon LDMOS. For GaN, we evaluated the performances of HEMT AIGaN/GaN by multiharmonic simulations. A 71% PAE is achieved for class F and 74% for inverse class F for output power of 4W. For LDMOS technology, two inverse Class F power amplifiers are designed. The first amplifier allows evaluation of the LDMOS potential for inverse Class F operation. It demonstrates 73. 7% drain e_ciency, 13. 2W output power and 16dB power gain at 1 GHz and for 2dB gain compression. The second one was designed with wider bandwidth as additional criterion. Measurements show high output power and drain efficiency over 170MHz bandwidth (0. 9 to 1. 07 GHz). These performances, compared to reported results for single stage inverse Class F power amplifiers are in the state of the art
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Callet, Guillaume. "Caractérisation et modélisation de transistors HEMT AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour l’amplification de puissance en radio-fréquences." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/3c0fde17-3720-49cd-9824-bd071826245e/blobholder:0/2011LIMO4033.pdf.
Анотація:
Ce document traite de la caractérisation de composants HEMT à base de GaN en vue de leur modélisation. Une caractérisation exhaustive des transistors à base d’InalN/GaN et AlGaN/GaN est réalisée. Une importance particulière est donnée aux méthodes de caractérisation thermique, avec l’utilisation de la méthode 3ω pour la mesure de l’impédance thermique. Une étude des facteur d’échelle du modèle linéaire est également abordée. Le modèle non-linéaire présenté est développé afin d’élargir son champ d’application à l’amplification de puissance et à la commutation. Enfin, il est utilisé pour la réalisation du premier amplificateur de puissance utilisant la technologie InAlN en bande KaThis report deals with the characterization of GaN HEMTs devices in order to create their model. An exhaustive characterization has been realized for AlInN/GaN and AlGaN/GAN based HEMTs. A special care has been given to the different thermal characterization methods, with the use of the 3ω method for the measurement of the thermal impedance. A study of scaling rules for small-signal model is presented. The non-linear model presented is developed in order to extend his application domain to the power amplification and power switches. Finally it is used in the design of the first poser amplifier base on AlInN technology in Ka-band
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Trassaert, Stéphane. "Réalisation technologique de transistors à effet de champ dans les filières InP et GaN pour amplification de puissance hyperfréquence." Lille 1, 2000. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2000/50376-2000-45.pdf.
Анотація:
Ce travail porte sur la realisation de transistors a effet de champ dans les deux filieres de semiconducteurs inp et gan pour l'amplification de puissance hyperfrequences. La premiere partie est consacree a la realisation en technologie microruban d'elements passifs et actifs afin de concevoir un circuit de puissance a 60 ghz sur substrat d'inp. Une technologie originale de trous metallises a ete mise au point par voie chimique. Des elements passifs ont ete realises avec cette technologie et mesures en hyperfrequences afin de valider ou completer les modeles de la bibliotheque du simulateur mds. Des hemts ont ete realises en technologies microruban et coplanaire. L'analyse de leurs caracteristiques electriques n'a montre aucune degradation apportee par les trous metallises. Nous disposons ainsi de tous les elements necessaires a la realisation du circuit d'amplificationLa seconde partie porte sur la realisation de mesfets dans la filiere gan pour des applications en puissance et a haute temperature. Les differentes briques technologiques permettant de realiser le composant ont ete d'abord etudiees. Le contact ohmique retenu tient thermiquement jusqu'a 600\c. Une gravure du gan par plasma a aussi ete mise au point. Enfin, le contact schottky a ete aborde. Les composants realises ont ete caracterises. Nous avons obtenu, selon la distance source drain, jusqu'a 140 v et 350 v pour respectivement une tenue en tension vds en configuration transistor a canal ouvert et une tension de claquage en configuration diode inverse. La mesure a haute temperature a montre le fonctionnement du composant jusqu'a 450\c sans degradation. La mesure en regime impulsionnel a mis en evidence l'existence de pieges localises en surface qui peuvent etre excites par la lumiere et/ou la temperature et/ou le point de polarisation. Une densite de puissance de 2,2 w/mm a ete obtenue a 3 ghz pour une longueur de grille de 300 nm, ce qui constitue un resultat au niveau de l'etat de l'art
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Piazza, Michele. "Impact of Schottky structure on GaN-based HEMTs reliability." Limoges, 2012. http://www.theses.fr/2012LIMO4020.
Анотація:
Material quality and reliability issues are the key points for the industrial application of High Electron Mobility Transistors based on GaN (GaN- HEMTs). In fact, GaN HEMTs have demonstrated excellent RF power performances, thanks to their properties (such as wide bandgap, high current densities, and high breakdown field) but are still subject to various degradation mechanisms when they operate at high electric fields and/or high channel temperatures The present work recaps general notions on GaN HEMTs reliability and describes accelerated life test and complementary measurements carried out at the TRT R&D Laboratory, the III-V Lab (France), in cooperation with the University of Limoges (XLIM). Demonstration and discussion focused especially on the thermal storage and DC life test. Results of these tests provide information about the behavior of two metallization types of transistor’s gate (Molybdenum and Nickel) on two different epistaxies (AlGaN and InAlN) submitted to thermal and DC stress. Possible failure mechanisms are proposed in order to point out the impact of the gate on the transistor degradation. Special focus is set to the investigation of gate current injection mechanism in InAlN/GaN devicesLes transistors à effet de champ à hétérostructure (HFET or HEMT) en nitrure de gallium se présentent comme des candidats à fort potentiel pour la prochaine génération d’amplificateur de puissance dans les domaines de radio fréquences et des ondes millimétriques. Ce sont ses propriétés physiques et électroniques telle qu’une grande largeur de bande interdite, un potentiel pour de forte densité de courant et un très fort champ de claquage qui le rendent supérieur aux semi-conducteurs tels que le silicium et l’arséniure de gallium. Ce manuscrit reprend des notions générales sur la fiabilité des HEMTs en GaN et décrit certains tests de vieillissement accéléré et certaines mesures complémentaires réalisés au sein du Groupe de Microélectronique de Thales – III-VLAB, en collaboration avec l’Université de Limoges (XLIM), et le laboratoire d’analyse physique de Thales Research & Technology (LATPI). Le travail se focalise sur l’impact du contact de grille sur la stabilité du transistor HEMT ; les principaux paramètres étudiés sont les deux différents contacts métalliques (en molybdène et en nickel) et les deux matériaux développés au sein du III-VLAB, AlGaN et InAlN sur buffer GaN. L’évaluation s’appuie sur des essais de stockage en température ainsi que sur des essais sous polarisation statique continue en configuration de débit. Les résultats des essais permettent de préciser la fiabilité de différents contacts et empilements métalliques, tandis que les essais en débit mettent en évidence l’effet du champ électrique et de la densité de courant sur la dégradation des transistors en condition de fonctionnement
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Letailleur, Lucas. "Éléments d'architecture d'émetteur linéarisé en technologie GaN pour des applications 5G millimétrique." Electronic Thesis or Diss., Université Gustave Eiffel, 2023. http://www.theses.fr/2023UEFL2073.
Анотація:
Les travaux de cette thèse se situent dans le cadre des architectures et circuits dédiés aux systèmes de communications 5G FR2-1. Ces systèmes opèrent en bandes millimétriques et utilisent des techniques Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO). Un amplificateur de puissance (PA) de la société Macom en technologie nitrure de gallium (GaN) est caractérisé et modélisé. Les résultats montrent que le PA ne respecte pas les contraintes du standard 5G FR2-1. Une prédistorsion numérique (DPD) et une prédistorsion analogique (APD) sont alors étudiées et comparées. Les résultats montrent que la DPD a de meilleures performances de linéarisation que l'APD mais ne permet pas de linéariser des largeurs de bande supérieure à 100 MHz. L'APD, quant à elle, permet de linéariser des largeurs de bande jusque 400 MHz sur l'ensemble de la bande de fréquences n258. Les deux techniques de linéarisation permettent au PA de respecter les contraintes de la norme. L'utilisation du massive MIMO, impose de revoir les architectures conventionnelles d'émission. De ce fait, nous proposons une nouvelle approche permettant de dimensionner l'architecture dans un compromis puissance d'émission, consommation et linéarité de l'architecture d'émission. Pour la formation de faisceaux, une matrice de Butler, utilisant le même substrat que le PA, est conçue et une nouvelle architecture est proposée. Elle utilise un unique amplificateur de puissance, et un réseau de commutateurs et de matrices de Butler co-conçus, et permet d'alimenter 32 éléments rayonnants. Finalement, une analyse comparative d'amplificateurs faible bruit en technologie GaN et arséniure de gallium (GaAs) est présentée et un facteur de mérite est proposé. L'étude démontre qu'il est possible d'utiliser la même technologie pour l'ensemble des éléments du front-endThis thesis focuses on architectures and circuits for 5G FR2-1 communication systems. These systems operate in millimeter waves and use massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) techniques. A gallium nitride (GaN) power amplifier (PA) from Macom is characterized and modelled. The results show that the PA do not meet the requierements of the 5G FR2-1 standard. A digital predistorsion (DPD) and an analog predistortion (APD) are therefore investigated and compared. DPD offers better linearization performance than the APD, but cannot linearize bandwiths grater than 100 MHz. The APD, on the other hand, allows to linearized a signal with a bandwidth up to 400 MHz on the n258 frequency band, and can be co-integrated with the PA. Both linearization techniques enable the amplifier to meet the requirements of 5G FR2-1 standard. The use of massive MIMO suggests that conventional architectures need to be reviewed. Consequently, a new approach for sizing the critical elements of the emission architectures is proposed. The main objective is to find the most suitable trade-off between the emitted power, linearity and the consumption of the overall architecture. For beamforming, a Butler matrix, using the same substrate as the power amplifier, is designed, and a new architecture is investigate. The architecture uses a co-design of a single power amplifier, a switch and a Butler matrix network, and enables 32 radiating elements to be fed. Finally, a comparative analysis of low-noise amplifiers based on GaN and gallium arsenide (GaAs) is carried out and a figure of merit is proposed. This study shows that it is possible to use the same technology for all front-end elements
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Delprato, Julien. "Analyse de la stabilité d'impulsion à impulsion des amplificateurs de puissance HEMT GaN pour applications radar en bande S." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0060/document.
Анотація:
Les systèmes radar nécessitent d’être de plus en plus performants et doivent émettre des impulsions les plus identiques possibles. Un critère permet de quantifier la bonne régularité des impulsions radar au cours du temps : la stabilité pulse à pulse. L’amplificateur de puissance est un élément essentiel du système radar. Dans ce sens, ce travail présente une analyse du critère de stabilité pulse à pulse dans le cas d’un amplificateur HEMT GaN. Les formules mathématiques permettant d’extraire la valeur de la stabilité pulse à pulse des mesures temporelles d’enveloppe sont présentées. La conception et la réalisation d’un amplificateur de puissance RF connectorisé 50 Ω sont décrites. Divers cas de rafales radar ont été étudiés au travers des mesures temporelles d’enveloppe pour en quantifier l’impact sur les valeurs de stabilité pulse à pulse. Un banc de mesure hétérodyne de la stabilité pulse à pulse a été spécialement développé pendant ces travaux de thèse. Finalement, ces résultats de stabilité pulse à pulse ont été utilisés pour optimiser le modèle électrique non linéaire du transistor HEMT GaN afin de prendre en compte lors des simulations temporelles d’enveloppe les effets de la thermique et des piègesRadar-oriented applications require stringent performances. Among them, emitting pulse train with uniform envelope characteristics in term of amplitude and phase. The criterion to quantify the self-consistency of radar signals over the pulse train is the pulse to pulse stability. The power amplifier is the most critical element in the RF radar chain because it has a strong impact on the overall pulse to pulse stability performances. In this context, this work is focused on the study of the impact of a HEMT GaN power amplifier on the pulse to pulse stability. Mathematical approach is presented to derive the pulse to pulse stability from time domain envelope measurements. Design and implementation of a 50Ω matched RF power amplifier are presented. Different radar bursts scenario are investigated and their impact on the pulse to pulse stability are quantified through extensive time domain envelope measurements. For that purpose, a dedicated experimental heterodyne time domain envelope test bench has been developed. These pulse to pulse stability measurements are finally used to optimize and fully validate a nonlinear electrical model of a HEMT GaN, allowing to quantify the relative impact of thermal and trapping effects during circuit envelope simulation in radar-oriented applications
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Khelifi, Noureddine. "Compatibilité Electromagnétique des amplificateurs GaN radiofréquence à suivi d’enveloppe : Analyse et modélisation de l’influence du bruit des alimentations à découpage." Limoges, 2013. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/d8ec9e05-2918-47ea-8131-05296eebc1da/blobholder:0/2013LIMO4019.pdf.
Анотація:
Les travaux de cette thèse s’intéressent aux problèmes CEM liés aux alimentations à découpage destinés à la polarisation d’amplificateurs de puissance RF. Ces alimentations à découpage, de par leur principe, génèrent un bruit de hachage qui risque d’avoir des répercussions non négligeables sur le fonctionnement des amplificateurs RF. Après une présentation générale du problème, la caractérisation et la modélisation des réseaux de découplage sont réalisées afin de justifier le choix d’une solution de découplage susceptible d’être utilisés pour diminuer le bruit de hachage, en mettant l’accent sur les technologies récemment développées pour minimiser les éléments parasites, et en particulier l’inductance. L’étape suivante concerne la mise en oeuvre d’un convertisseur DC‐DC, avec une étude des différents paramètres influant sur le niveau de bruit (constitution des réseaux de découplage, routage du circuit, etc. ). Par la même occasion, une modélisation du bruit de hachage est menée afin de permettre d’intégrer ce paramètre au cours des simulations effectuées lors du développement du système global. Une dernière partie du travail développé ici présente une méthodologie de caractérisation du taux de rejection de l’alimentation (PSRR‐Power Supply Rejection Ratio) pour les amplificateurs RF, avec une étude de l’influence de différentes configurations (découplage, routage) des circuits de sortie de l’amplificateur sur le niveau de PSRRThe work of this thesis addresses EMC problems related to switching power supplies, which are used as bias control of RF power amplifiers. Such supplies generate a chopping noise that may have a significant impact on the RF amplifier operation. Following a general presentation of the issue, the characterization and modeling of decoupling capacitors are achieved in order to justify the choice of such a decoupling network that is suitable for supply noise decoupling, while focusing on recently developed technologies to minimize parasitic elements, especially the inductance. The next step concerns the study of a DC‐DC converter operation, with an analysis of the different parameters that can decrease the switching noise level (decoupling network composition, PCB routing, etc. ). Switching noise modeling is the performed to allow integrating this parameter in the simulations during the development of the global system. Eventually, the last part of this work presents a characterization methodology for PSRR (Power Supply Rejection Ratio) of RF power amplifiers. A study of the influence of different configurations (decoupling, routing) of the matching output circuit on the PSRR level was performed
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Medrel, Pierre. "Amplification de puissance linéaire à haut rendement en technologie GaN intégrant un contrôle de polarisation de grille." Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0006/document.
Анотація:
Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’amplification de puissance microonde linéaire et haut rendement en technologie GaN. Le premier chapitre décrit le contexte général de l’émission de signaux microondes de puissance pour les télécommunications sans fil, avec un focus particulier apporté sur l’amplificateur de puissance RF. Les différents critères de linéarité et d’efficacité énergétique sont introduits.Le second chapitre présente plus particulièrement la technologie GaN et le transistor de puissance comme brique de base pour l’amplification de puissance microonde. Une revue synthétique des différentes architectures relevées dans la littérature relative à l’amplification à haut rendement est faite.En troisième chapitre, le banc de mesure temporelle d’enveloppe développé et servant de support expérimental à cette étude est présenté. Les procédures d’étalonnage et de synchronisation sont décrites. En illustration, une nouvelle méthode de mesure du NPR large bande est présentée, et validée expérimentalement.Une solution d’amplification adaptative innovante est étudiée dans le quatrième chapitre, et constitue le cœur de ce mémoire. Celle-ci se base sur le contrôle dynamique de la polarisation de grille autour du point de pincement, au rythme de l’enveloppe de modulation. Un démonstrateur d’amplification 10W GaN en bande S (2.5GHz) est développé. Comparativement à la classe B fixe, une forte amélioration de la linéarité est obtenue, sans impact notable sur le rendement moyen de l’amplificateur RF. Finalement, une investigation de la technique proposée pour l’amélioration du rendement du modulateur dans l’architecture d’envelope tracking de drain est menéeThis work deals with linear and high efficiency microwave power amplification in GaN technology.The first chapter is dedicated to the general context of wireless telecommunication with a special emphasis on the RF power amplifier. The most representative figures of merit in terms of linearity and power efficiency are introduced.The second chapter deals more specifically with the GaN technology and GaN-based transistor for microwave power amplification. A description of the principal architectures found in the literature related to high efficiency and linear amplification is summarized.In the third chapter, the developed envelope time-domain test bench is presented. Time-synchronization and envelope calibration procedures are discussed. As an illustration, a new specific wideband NPR measurement is presented and experimentally validated.An innovative power amplifier architecture is presented in the fourth chapter. It is based on a specific dynamic gate biasing technique of the power amplifier biased close to the pinch-off point. A 10W GaN S-band demonstrator has been developed. Compared to fixed class-B conditions, a linearity improvement has been reported without any prohibitive efficiency degradation of the RF power amplifier. Finally, an investigation of the proposed technique for the efficiency improvement in the drain envelope tracking technique is proposed
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Nsele, Séraphin Dieudonné. "Analyse électrique et en bruit basse fréquence et haute-fréquence des technologies InAIN/GaN HEMTs en vue de la conception d'amplificateurs robustes faible bruit en bande Ka." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2501/.
Анотація:
Les technologies à grande bande interdite font l'objet d'un engouement croissant depuis plus d'une décennie, en raison de leurs aptitudes naturelles pour réaliser des fonctions électroniques opérant à forte puissance, à forte température et à haute fréquence. Parmi ces technologies, celle basée sur l'hétérostructure AlGaN/GaN est la plus mature à l'heure actuelle en hyperfréquence. L'utilisation d'une hétérojonction InAlN/GaN est une solution attractive pour augmenter les fréquences de fonctionnement de ces dispositifs et réaliser ainsi des circuits fonctionnant aux ondes millimétriques. La première partie de notre travail est consacrée à l'étude électrique des différentes déclinaisons technologiques InAlN/GaN développées à III-V Lab. Celle-ci a permis de mettre en évidence les différents mécanismes de conduction du courant de grille grâce à une analyse du courant de fuite et à des mesures C(V) de la jonction Schottky. Des mesures en petit-signal ont mis en évidence la dispersion fréquentielle de la conductance de sortie et de la transconductance extrinsèques jusqu'aux fréquences de 1 GHz. Nous avons ainsi proposé des modèles analytiques large-bande afin de prendre en compte ces phénomènes de dispersion lors de la conception des circuits. Une deuxième partie a consisté en l'étude du bruit de fond dans les transistors InAlN/GaN. Les caractérisations et modélisations du bruit basse-fréquence ont mis en évidence et confirmé les mécanismes de piégeage/dépiégeage observés lors de l'étude électrique. L'étude du bruit en haute fréquence a permis d'évaluer les évolutions technologiques de cette filière et de connaitre les conditions optimales en bruit pour la conception des LNAs. Dans la dernière partie, des amplificateurs faible bruit hybrides ont été réalisés à partir de ces dispositifs reportés en flip-chip sur des alumines afin de démontrer les potentialités de cette technologie en bande Ka. Des amplificateurs à un étage ont été conçus, notamment pour des tests de robustesse, et présentent un gain de 5 dB et un facteur de bruit de 3. 1 dB à 29. 5 GHz. Les simulations effectuées sur des amplificateurs 3 étages indiquent des performances intéressantes en termes de gain (20 dB) et de facteur de bruit (3 dB) comparées à celles obtenues dans la littérature sur des composants à base de GaNThe high bandgap technologies are being increasingly popular for over a decade because of their natural ability to perform electronic functions operating at high power, high temperature and high frequency. Among these technologies, one based on the heterostructure AlGaN / GaN is most mature currently at microwave frequencies. The use of a heterojunction InAlN / GaN is an attractive solution to increase the operation frequency of these devices and thus to realize circuits operating at millimeter waves. The first part of our work is devoted to the study of various InAlN/GaN technology developed by III-V Lab. It helped to highlight the different gate current conduction mechanisms through an analysis of the leakage current and the C-V measurements of the Schottky junction. Measures in small-signal showed the frequency dispersion of the output conductance and the extrinsic transconductance until 1 GHz. We have proposed broadband analytical models to take into account the dispersion phenomena during the circuit design. A second part consisted of the study of the background noise in the InAlN / GaN transistors. The low-frequency noise characterizations and modeling revealed and confirmed trapping / detrapping mechanisms observed in the electrical study. The study of highfrequency noise has assessed the technological developments of this sector and to know the optimal conditions for the design of LNAs. In the last part, hybrid low noise amplifiers have been made from these devices deferred flip-chip on alumina to demonstrate the potential of this technology in Ka-band. Single stage amplifiers have been designed especially for stress testing, and have a gain of 5. 6 dB and a noise figure of 3. 1 dB at 29. 5 GHz. The simulations carried out on 3 stages amplifiers indicate interesting performances in terms of gain (20 dB) and noise figure (3 dB) compared to those obtained in the literature on the GaN based devices
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Ramadan, Alaaeddine. "Amplification de puissance à haut rendement en bande L et en technologie GaN intégrant une pré formation de la tension de commande d'entrée." Limoges, 2010. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/ffee17f3-34c5-439b-8f3b-a0e896c80931/blobholder:0/2010LIMO4016.pdf.
Анотація:
La technologie de semi-conducteurs de puissance GAN est en pleine phase de développement à l'heure actuelle et offre de réelles potentialités pour la génération de fortes puissances à l'état solide en hyperfréquence. Le sujet de thèse concerne donc l'étude de l'amplification de puissance en commutation en technologie GaN avec la réalisation d'un démonstrateur à 2 GHz sur la base d'une puissance de sortie de 15Watts. L'étude aboutit à un contrôle et une préformation adéquats des harmoniques de courants et de tensions en entrée et en sortie de l'étage de puissance. Un point innovant et central de ce travail de thèse a été l'analyse multi-harmonique conjointe entre l'étage 'driver' et l'étage de puissance pour préformer le signal de commande de l'étage de puissance et aboutir à un fonctionnement optimisé en rendement sur une large bande passante. Les travaux de thèse se sont concrétisés par la réalisation d'un amplificateur démonstrateur à deux étages comprenant un premier étage fonctionnant en classe F inverse et un second étage fonctionnant en classe F. Cette réalisation est par nature adressable à l'amplification de signaux à enveloppe constante ne nécessitant pas de spécifications contraignantes en terme de linéaritéHigh efficiency performances of microwave power amplifiers are reached by implementing proper matching conditions at harmonic components. Harmonic tuned amplifiers offer for the moment the best energy conversion efficiency between DC supply and RF power at fundamental frequency available in a 50 Ω load. In addition to proper harmonic terminations, the minimization of power losses at fundamental frequency in the output RF matching and power combining circuit is of prime importance. This has been widely reported over the past few years. Considering this main aspect GaN technology offers an evident advantage due to its high drain voltage operation capability that is beneficial for designing low loss and wideband output matching circuits. Several works have been reported during the past few years. This work examines power added efficiency improvements by implementing an appropriate gate source voltage waveform shaping of power cells. Analytical calculations, circuit simulations using a nonlinear model of a 15W GaN HEMT and a two stage power amplifier design have been achieved. The power stage operates at high drain bias voltage under class F conditions while the driver stage operates at low drain bias voltage under inverse class F conditions to drive the input of power stage by an appropriate gate source voltage waveform shape. Very good power added efficiency have been reached over a wide frequency bandwidth. This work addresses the amplification of constant envelope signals that do not require any stringent specification in terms of linearity
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Charbonniaud, Christophe. "Caractérisation et modélisation électrothermique non linéaire de transistors à effet de champ GaN pour l'amplification de puissance micro-onde." Limoges, 2005. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/79c33578-89cc-4e80-95d3-736bbeeaae52/blobholder:0/2005LIMO0052.pdf.
Анотація:
L’objectif de cette étude est d’évaluer les potentialités des transistors HEMTs AlGaN/GaN pour l’amplification de puissance aux fréquences micro-ondes, à l’aide d’un banc de mesures I(V) et paramètres [S] en régime impulsionnel, et de proposer un modèle précis de ce type de transistors facilement implémentable dans les logiciels de C. A. O. Des circuits. Après un passage en revue des différentes technologies disponibles sur le marché pour l’amplification de puissance, les transistors HEMTs grand gap à base de Nitrures de Gallium apparaissent comme des candidats naturels pour ces applications (Figures de mérites de Johnson, …). Cependant, ces transistors plus que prometteurs ne sont pas exempts de défauts. En effet, plusieurs phénomènes limitatifs inhérents à la technologie GaN, à savoir l’auto-échauffement et les effets des pièges, doivent être pris en compte lors de la conception des circuits micro-ondes. Une étude de ces différents effets limitatifs en terme de puissance est effectuée. Enfin, un modèle non-linéaire électrothermique d’un transistor HEMT 8x125 µm est présenté, et validé à l’aide de deux banc de mesures fonctionnelles (banc Load-Pull et banc LSNA)The aim of this study is to assess the potentialities of HEMTs AlGaN/GaN transistors for power amplification at microwave frequencies, thanks to a bench in pulsed I(V) and [S] parameters measurement, and to propose a precise model of this type of transistor easily implemented in circuit C. A. D software. After considering the different technologies available on the market for power amplification, wide gap HEMTs transistors based on Gallium Nitrides appear as natural candidates for these applications (Johnson’s Figures of Merit,…). However these more than promising transistors are not infallible. Indeed, several restrictive phenomena inherent to GaN technology, that is to say selfheating and trapping effects, must be taken into account in the process of designing microwave circuits. A study of these various restrictive phenomena in terms of power is carried out. Lastly, a non-linear electrothermal model of a HEMT 8x125 µm transistor is presented, and validated thanks to two functional measurement benches (Load-Pull Bench and LSNA Bench)
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Lagarde, Cyril. "Modélisation de transistor de puissance en technologie GaN : conception d’un amplificateur de type Doherty pour les émetteurs à puissance adaptative." Limoges, 2006. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/36416d31-0431-481e-84ec-ad7070a42012/blobholder:0/2006LIMO0038.pdf.
Анотація:
L’avènement des technologies de transistors de puissance sur matériaux "grand gap" tels que le Nitrure de Gallium (GaN) permet d’envisager un saut technologique majeur pour la génération de puissance à l’état solide. Cette nouvelle technologie présente des possibilités intéressantes pour des amplificateurs de puissance micro-ondes, en termes de température de fonctionnement élevée, de densités de puissance élevées et de tensions de claquage élevées. Dans une première partie, ce travail concerne le développement d'un nouveau modèle non linéaire électrothermique tabulaire comprenant les effets de pièges sur un transistor HEMT AlGaN/GaN. Ce modèle a été alors utilisé, dans la deuxième partie de cette thèse, pour concevoir un amplificateur de puissance basé sur le principe Doherty. Cependant les contraintes de linéarité et de rendement imposées dans les communications spatiales constituent, encore à l’heure actuelle, un obstacle à l’utilisation de ces technologies. Afin de traiter ces contraintes, nous avons proposé et conçu un nouvel amplificateur Doherty ayant une architecture symétrique basée sur trois transistors HEMTs GaN. Les résultats expérimentaux ont montré des possibilités intéressantes de cette nouvelle structure Doherty en termes de rendement et de linéaritéNew power transistors technologies based on “wide bandgap” materials such as Gallium Nitride (GaN) were developed these last years. This new technology presents interesting capabilities for high power microwave amplifiers in terms of high working temperature, high power densities and high breakdown voltages. This work concerns first the development of a new tabular electrothermal non linear model including trapping effects on an AlGaN/GaN power HEMT. This model has then been used, in the second part of this thesis, to design a power amplifier based on the Doherty principle. In satellite communication systems, a good linearity and a high efficiency are drastic constraints on the power amplifier. In order to deal with these constraints, we have proposed and designed a new Doherty amplifier with a symmetrical architecture based on three GaN HEMT devices. Experimental results have shown the interesting capabilities of this new Doherty structure in terms of efficiency and linearity under output power back-off operation
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Saugnon, Damien. "Contribution aux analyses de fiabilité des transistors HEMTs GaN : exploitation conjointe du modèle physique TCAD et des stress dynamiques HF pour l'analyse des mécanismes de dégradation." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30164/document.
Анотація:
Dans la course aux développements des technologies, une révolution a été induite par l'apparition des technologies Nitrures depuis deux décennies. Ces technologies à grande bande interdite proposent en effet une combinaison unique tendant à améliorer les performances en puissance, en intégration et en bilan énergétique pour des applications hautes fréquences (bande L à bande Ka en production industrielle). Ces technologies mobilisent fortement les milieux académiques et industriels afin de proposer des améliorations notamment sur les aspects de fiabilité. Les larges efforts consentis par des consortiums industriels et académiques ont permis de mieux identifier, comprendre et maîtriser certains aspects majeurs limitant la fiabilité des composants, et ainsi favoriser la qualification de certaines filières. Cependant, la corrélation et l'analyse physique fine des mécanismes de dégradation suscite encore de nombreux questionnements, et il est indispensable de renforcer ces études par une approche d'analyse multi-outils. Nous proposons dans ce travail de thèse une stratégie d'analyse selon deux aspects majeurs. Le premier concerne la mise en œuvre d'un banc de stress qui autorise le suivi de nombreux marqueurs électriques statiques et dynamiques, sans modifier les conditions de connectiques des dispositifs sous test. Le second consiste à mettre en œuvre un modèle physique TCAD le plus représentatif de la technologie étudiée afin de calibrer le composant à différentes périodes du stress.Le premier chapitre est consacré à la présentation des principaux tests de fiabilité des HEMTs GaN, et des défauts électriques et/ou structuraux recensés dans la littérature ; il y est ainsi fait état de techniques dites non-invasives (c.-à-d. respectant l'intégrité fonctionnelle du composant sous test), et de techniques destructives (c.-à-d. n'autorisant pas de reprise de mesure). Le second chapitre présente le banc de stress à haute fréquence et thermique développé pour les besoins de cette étude ; l'adjonction d'un analyseur de réseau vectoriel commutant sur les quatre voies de tests permet de disposer de données dynamiques fréquentielles, afin d'interpréter les variations du modèle électrique petit-signal des modules sous test à différentes périodes du stress. [...]In the race to technologies development, disruptive wide bandgap GaN devices propose challenging performances for high power and high frequency applications. These technologies strongly mobilize academic and industrial partners in order to improve both the performances and the reliability aspects. Extensive efforts have made it possible to better identify, understand and control first order degradation mechanisms limiting the lifetime of the devices; however, the correlation (and fine physical analysis) of different degradation mechanisms still raises many questions, and it is essential to strengthen these studies by mean of multi-tool analysis approach. In this thesis, we propose a twofold analysis strategy. The first aspect concerns the implementation of a stress bench that allows the monitoring of numerous static and dynamic electrical markers, without removing the devices under test from their environment (in order to have a consistent data set during the period of the strain application). The second aspect consists in implementing a physical TCAD model of the technology under study, in order to calibrate the component before stress, and to tune the model at different periods of stress (still considering stress-dependent parameters potentially affecting the device). The first chapter is devoted to the presentation of the main reliability tests of GaN HEMTs, and of the electrical and/or structural defects identified in the literature; it thus refers to so-called non-invasive techniques (i.e. respecting the functional integrity of the component under test), and destructive techniques (i.e. not allowing additive electrical measurement). The second chapter presents the high frequency and thermal stress bench dedicated to this study; the addition of a vector network analyzer switching between the four test channels provides dynamic frequency data, in order to interpret the variations of the small signal electrical model of the devices under test at different stress periods.[...]
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Dupuy, Victor. "Conception et réalisation d'amplificateur de puissance MMIC large-bande haut rendement en technologie GaN." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0211/document.
Анотація:
Ces travaux de thèse se concentrent sur la conception d'amplificateur de puissance MMIC large-bande haut rendement en technologie GaN pour des applications militaires de type radar et guerre électronique. Les objectifs principaux sont de proposer des structures innovantes de combinaison de puissance notamment pour réduire la taille des amplificateurs actuels tout en essayant d'améliorer leur rendement dans le même temps. Pour cela, une partie importante de ces travaux consiste au développement de combineurs de puissance ultra compactes et faibles pertes. Une fois ces combineurs réalisés et mesurés, ils sont intégrés dans des amplificateurs de puissance afin de prouver leur fonctionnalité et les avantages qu'ils apportent. Différents types d'amplificateur tant au niveau de l'architecture que desperformances sont réalisés au cours de ces travauxThis work focus on the design of wideband and high efficiency GaN MMIC high power amplifiers for military applications such as radar and electronic warfare. The main objectives consist in finding innovative power combining structures in order to decrease the overall size of amplifiers and increasing their efficiency at the same time. For these matters, an important part of this work consisted in the design and realization of ultra compact and low loss power combiners. Once the combiners realized and measured, they are integrated into power amplifiers to prove their functionality and the advantages they bring. Several kind of amplifiers have been realized whether regrind their architecture or their performances
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Astre, Guilhem. "Fiabilité des dispositifs HEMT en technologie GaN." Phd thesis, Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1980/.
Анотація:
Le point sensible inhérent à la commercialisation d'une technologie émergente est la maturité des processus utilisés garantissant la qualité de l'épitaxie, de la métallisation du contact de grille ou encore de la passivation. Les études de fiabilité s'imposent alors comme un aspect indissociable de la maturation de la technologie. En ce sens, les composants à grands gap représentent un réel problème car les outils classiques de caractérisation ne sont pas toujours adaptés aux contraintes imposées (thermiques, RF, DC. . . ). Dans cette thèse, nous détaillons une technique originale pour améliorer la fiabilité des dispositifs AlGaN/GaN par diffusion de deutérium et nous présentons l'ensemble des résultats issus des campagnes de mesures menées à l'aide des outils disponibles sur des lots de composants issus des filières UMS et TRT. Les principaux résultats concernent les mesures de bruit basse fréquence, la caractérisation électrique, la spectroscopie des pièges profonds et les mesures en température de courant de grille qui ont été réalisés sur des lots de composants témoins et ayant subi différents types de stressReliability in GaN based devices still motivates numerous studies because the involved degradation mechanisms are different from that in III-V narrow bandgap devices. Direct investigations on high electron mobility transistors (HEMT) are performed with low frequency noise (LFN) measurements, pulsed electrical characterization and deep level transient spectroscopy. The first part of this thesis deals with generalities on AlGaN/GaN High electron mobility transistors and their technological particularities. The second part deals with the presentation of the diagnostic tools used in this study. A low frequency noise bench developed in LAAS-CNRS allowing measurements from few hertz up to 1 MHz is described, an original method of electrical pulsed characterization has and current deep level spectroscopy bench. In the third part of this study, low frequency noise is used to assess effects of deuterium (H+ ions) in diffusion condition on the robustness of 0. 25 *2*75 µm² gate area AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT) grown on Si substrate. H+ Ions are diffused from the above AlGaN/GaN layer through the AlGaN/GaN interface and GaN layer, notably under the gated channel where the defects are located. In the fourth part, undoped AlGaN/GaN devices grown on silicon substrate have been stressed at a junction temperature of 175°C. Gate-lag and drain-lag measurements method have been performed versus different quiescent bias points and under different pulse conditions. This method allows the discrimination of each lag phenomenon as well as the thermal contribution. Thus it is possible to track and model the trapping mechanisms versus bias conditions. This electrical modeling is completed with LFN measurements and deep level transient spectroscopy, which is largely used for reliability investigations
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Guhel, Yannick. "Réalisation de transistors à effet de champ à base de GaN pour l'amplification de puissance en gamme d'ondes millimétriques et à haute température." Lille 1, 2002. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2002/50376-2002-295.pdf.
Анотація:
La filière GaN connaît actuellement un essor remarquable. En effet, les structures de transistors à effet de champ à base de GaN offrent un énorme potentiel pour des applications de puissance et/ou à haute température. Cette étude avait pour objectif de réaliser des transistors à effet de champ de type HEMT AlGaN/GaN épitaxié sur un substrat de saphir. Nous rapportons dans ce mémoire les différentes étapes technologiques que nous avons développés. Ainsi, nous avons étudié divers procédés technologiques permettant de réaliser des contacts ohmiques, d'isoler les composants les uns des autres (isolation par implantation ionique, par gravure sèche et par gravure humide) et de réaliser des contacts Schottky. Nous avons montré que ces transistors peuvent fonctionner en régime statique, à l'air, jusqu'à 550 °C. Nous avons également mis en évidence que la présence de pièges électriques pouvait être responsable d'une réduction du courant de drain et par conséquent limiter les performances en puissance de ces transistors en hyperfréquence. Afin de limiter ce problème, nous avons étudié l'influence de la passivation précédée de divers traitements de surface. Cela nous a permis de réaliser des transistors HEMT délivrant une densité de puissance de 5W/mm à 4GHz, ce qui se révèle être proche de l'état de l'art mondial (6,6 W/mm à 6 GHz).
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Astre, Guilhem. "Fiabilité des dispositifs HEMT en technologie GaN." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767154.
Анотація:
Le point sensible inhérent à la commercialisation d'une technologie émergente est la maturité des processus utilisés garantissant la qualité de l'épitaxie, de la métallisation du contact de grille ou encore de la passivation. Les études de fiabilité s'imposent alors comme un aspect indissociable de la maturation de la technologie. En ce sens, les composants à grands gap représentent un réel problème car les outils classiques de caractérisation ne sont pas toujours adaptés aux contraintes imposées (thermiques, RF, DC...). Dans cette thèse, nous détaillons une technique originale pour améliorer la fiabilité des dispositifs AlGaN/GaN par diffusion de deutérium et nous présentons l'ensemble des résultats issus des campagnes de mesures menées à l'aide des outils disponibles sur des lots de composants issus des filières UMS et TRT. Les principaux résultats concernent les mesures de bruit basse fréquence, la caractérisation électrique, la spectroscopie des pièges profonds et les mesures en température de courant de grille qui ont été réalisés sur des lots de composants témoins et ayant subi différents types de stress.
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Elmazova, Flavie. "Contribution à l’étude de l’amplification de puissance en technologie GaN par la technique de suivi d’enveloppe." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/96f82fad-1d8b-456f-bcb7-11f40bbda9bd/blobholder:0/2011LIMO4026.pdf.
Анотація:
Les travaux de cette thèse concernent l’étude de l’amplification de puissance micro-onde en technologie GaN. Un descriptif succinct des principales propriétés de ce matériau est réalisé afin de justifier le choix d’un tel candidat pour les applications de puissance hyperfréquences. L’étape suivante était de caractériser et extraire le modèle non-linéaire d’un transistor GaN. Ce modèle a servi de cellule de base pour la simulation d’un amplificateur et d’un modulateur de polarisation. L’association de ces deux fonctions nous a permis d’appliquer et d���étudier le principe de suivi d’enveloppe en bande L et de montrer des tendances importantes. Dans un second temps, une validation expérimentale en bande S a été faite en utilisant un amplificateur réalisé et un système de mesure de laboratoire. L’amélioration du rendement de l’amplificateur RF par cette technique est constatée et la linéarisation est nécessaire afin d’améliorer la linéaritéThe work of this thesis is the study of microwave power GaN technology amplification. In this, a brief description of the main properties of this material is made to justify the choice of a particular candidate for microwave power applications. The next step was to characterize and extract the non-linear model of a GaN transistor. This model served as a basic unit for the simulation of an amplifier and a polarization modulator. The combination of these two functions has allowed us to apply and study the Envelope Tracking principle at L-band and some of the main characteristics of this amplification technique have been shown. In a second step, an experimental validation at S band has been done by using a built-in GaN amplifier and a laboratory test-Bench. The efficiency improvement of the RF power amplifier is observed by this technique and linearization is necessary to improve the linearity
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Ayad, Mohammed. "Etude et Conception d’amplificateurs DOHERTY GaN en technologie Quasi - MMIC en bande C." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0027.
Анотація:
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’amplificateurThis 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
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Rifi, Mohamed Aziz. "Etude et conception d’un amplificateur de puissance en technologie GaN MMIC fonctionnant en bande K adapté aux systèmes de suivi d’enveloppe." Thesis, Limoges, 2021. http://www.theses.fr/2021LIMO0019.
Анотація:
Ces travaux de thèse s’intègrent dans le cadre du processus d’amélioration continue de l’efficacité et de la linéarité des amplificateurs de puissance en présence des signaux sur porteuses modulées utilisés par les systèmes de télécommunications modernes.Ces signaux présentent un PAPR élevé et une distribution statistique d’enveloppe centrée en-deçà de la valeur crête d’enveloppe. De ce fait, les amplificateurs de puissance conventionnel (classe AB à polarisation fixe) sont souvent surdimensionnés pour répondre aux besoins des industriels télécoms. La technique de suivi d’enveloppe a été utilisée pour augmenter la PAE le long de l’OBO (10 dB pour LTE) tout en gardant un gain en puissance constant associé à une bonne linéarité en termes de conversion d’AM/AM. Une méthode de conception d’amplificateur de puissance en technologie MMIC fondé sur l’utilisation des HEMTs GaN a été développée et utilisée pour concevoir un AP délivrant une puissance de sortie de 4W et fonctionnant en bande K [17-20GHz]. L’AP réalisé a été ensuite couplé à un modulateur numérique de polarisation de drain. L’ensemble AP et modulateur de polarisation constituant un système de suivi d’enveloppe appelé APSE a été caractérisé en termes d’efficacité et de linéarité en présence de signaux modulés. L’APSE montre des performances très intéressantes comparées à celles obtenue avec un AP à polarisation fixe. En effet à un OBO de l’ordre de 7dB, dans la bande [17-20GHz], la PAE est améliorée de [10-7.5 points]. La PAE moyenne le long de l’OBO varie entre 32 et 36% sur la bande considérée et elle est associée à une EVM variant entre 5 à 1.6% avec une DPD quasi-statique appliquée au signal en bande de base. Les caractérisations de l’APSE ont démontré l’intérêt de l’utilisation des amplificateurs de puissance à suivi d’enveloppe dans les systèmes de télécommunications modernesThis thesis work is part of the process of continuous improvement of the efficiency and linearity of power amplifiers in presence of signals on modulated carriers used in modern telecommunications systems. These signals have a high PAPR and a statistical envelope distribution centered below the envelope peak value. As a result, conventional power amplifiers (Class AB fixed bias) are often oversized to meet the needs of the telecom industry. The envelope tracking technique has been used to increase the PAE along the OBO (10 dB for LTE) while maintaining a constant power gain associated to a good linearity in terms of AM/AM conversion. A power amplifier design method in MMIC technology based on the use of GaN HEMTs has been developed and is used to design an APdelivering an output power of 4W and operating in K-band [17-20GHz]. The realized APwas then coupled to a digital drain bias modulator. The APand bias modulator assembly constituting an envelope tracking system called APSE was characterized in terms of efficiency and linearity in presence of modulated signals. The APSE shows very interesting performances compared to those obtained with a fixed bias AP. Indeed, at an OBO of about 7dB, in the [17-20GHz] band, the PAE is improved by [10-7.5]. The average PAE along the OBO varies between 32 and 36% over the considered band and it is associated to an EVM varying between 5 and 1.6% with a quasi-static DPD applied to the baseband signal.The characterizations of APSE have demonstrated the interest of the use of envelope tracking power amplifiers in modern telecommunications systems
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Avcu, Mustafa. "Caractérisation des effets parasites dans les HEMTs GaN : développement d'un banc de mesure 3ω". Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0048/document.
Анотація:
Ce document porte sur le développement d’un nouveau banc de mesure pour la caractérisation de l’impédance thermique des HEMTs GaN. Le banc développé repose sur la méthode dite « 3ω » qui consiste à mesurer l’harmonique 3 d’un signal électrique véritable image des variations thermiques du composant. Un balayage en fonction de la fréquence d’excitation conduit à l’extraction de l’impédance thermique. Les résultats de mesures ont été validés par les simulations électriques. Des études complémentaires ont été réalisées pour l’identification des effets de pièges en utilisant différentes méthodes permettant l’extraction de la signature des pièges. La réalisation des modèles non-linéaires est présentée pour les transistors HEMT AlGaN/GaN et InAIN/GaN pour des applications d’amplificateur de puissance dans les bandes de fréquences X et KThis report is devoted to the development of a new measurement bench for thermal impedance characterization of GaN HEMTs. This measurement test set uses the so-called « 3ω » technique, which consists to measure the electrical signal at third harmonic real image of the thermal magnitude variations of the device. A sweep in function of the excitation frequency allows extracting of the thermal impedance. The measurement results have been validated by electrical simulation. Other complementary studies were performed to identify the trapping effects using different methods to extract the traps signature. The realization of nonlinear models is presented for AlGaN HEMT / GaN and InAIN / GaN to the power amplification applications in frequency bands X and K
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Delias, Arnaud. "Polarisation dynamique de drain et de grille d’un amplificateur RF GaN appliquée à un fonctionnement RF impulsionnel à plusieurs niveaux." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0109/document.
Анотація:
Les systèmes de transmission de l’information sans fil connaissent un essor considérable et sont intégrés dans la plupart des systèmes électroniques modernes. De manière plus spécifique, la consommation énergétique de la fonction amplification de puissance RF, qui constitue le cœur de ce travail de recherche, est un enjeu économique et écologique de premier plan. Dans ce sens, ce travail présente une architecture de polarisation de drain dynamique permettant de maintenir un rendement énergétique élevé sur une large dynamique de puissance de sortie. La conception et la réalisation d’un amplificateur de puissance RF large bande, d’un modulateur de polarisation de drain haute fréquence et d’un pilote de grille en technologie GaN sont présentés. L’architecture proposée démontre une amélioration du rendement énergétique global. Une focalisation sur la problématique de couplage non-linéaire entre l’amplificateur de puissance RF et le module d’alimentation agile met en évidence les répercussions de cette méthode sur l’intégrité du signal. Une étroite impulsion de polarisation de grille est appliquée afin d'atténuer l’impact de la polarisation dynamique de drain sur les formes d'onde de l'enveloppe du signal RF amplifié. Une validation expérimentale du démonstrateur proposée est effectuée pour un signal impulsionnel RF multi-niveaux de test. Cette méthode permet de maintenir un facteur de forme de l’enveloppe du signal de sortie RF quasi-rectangulaire sans impact majeur sur les performances globales énergétiquesWireless communications are experiencing tremendous growth and are integrated into most modern electronic systems. More precisely, saving energy consumption of RF power amplifier is the core of this thesis work. This work presents a dynamic drain bias architecture used to keep a high efficiency over a large output power range. Design and implementation of a wideband RF power amplifier, a drain supply modulator and a gate driver circuit in GaN technology are presented. The built-in prototype demonstrates an overall efficiency improvement. A specific focus on non-linear interaction between the RF power amplifier and the drain supply modulator highlights the effects of this technique on the output envelope signal shape. A narrow pulse gate bias peaking preceding drain bias voltage variations is applied in order to mitigate drain bias current, voltage overshoot and power droop, thus improving pulse envelope waveforms of the RF output signal. An experimental validation of the proposed demonstrator is performed for a RF pulsed test sequence having different power levels. This way enables to keep rectangular pulse envelope shape at the RF output signal without any major impact on overall efficiency performances
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Meyer, Sandra de. "Etude d'une nouvelle filière de composants HEMTs sur technologie nitrure de gallium : Conception d'une architecture flip-chip d'amplificateur distribué de puissance à très large bande." Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/c6724388-69b6-4017-a9a5-6408d2282ef8/blobholder:0/2005LIMO0030.pdf.
Анотація:
Ces travaux se rapportent à l'étude de transistors HEMTs GaN pour l'amplification de puissance hyperfréquence. L'analyse des caractéristiques des matériaux grand gap, et plus précisément du GaN, est réalisée afin de mettre en évidence leur intérêt pour des applications d'amplification de puissance large bande. Des résultats de caractérisation et modélisation électrique de composants sont présentés. Par la suite, la méthode de modélisation hybride de composant est exposée et mise en œuvre sur différentes topologies et montages de HEMTs GaN. La finalité de ces travaux concerne la conception d'amplificateurs distribués de puissance large bande à base de cellules cascode de HEMTs GaN, reportés en flip-chip sur un substrat d'AlN. Il s'agit d'un premier pas vers le MMIC GaN étant donné que des capacités et résistances sont intégrées sur la puce de GaN. L'une des versions permet d'atteindre 10W sur la bande 4-18GHz avec une PAE associée de 20% à 2dB de compressionThis work deals with the characterization of GaN HEMTs for RF power applications. In a first step, the properties of wide band-gap materials, and especially the GaN material, are analyzed in order to highlight their capabilities for wide band power amplifiers application. Results on characterization and linear/non-linear electrical and electromagnetic simulations, is exposed and applied to analyze different topologies and mountings of GaN HEMTs. This work is finalized with the design of wide band power amplifiers, showing a distributed architecture of cascode cells using GaN HEMTs and flip-chip mounted onto an AlN substrate. It appears as the first step toward GaN MMIC designs as capacitors and resistors are implemented on the GaN die. One version allows obtaining 10W over a 4 to 18GHz bandwidth, with an associated PAE of 20% at 2dB compression input power
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Couvidat, Julien. "Contribution à la modélisation de transistors GaN et à la conception d’architectures innovantes d’amplificateurs de puissance à rendement amélioré pour modules d’émission-réception aéroportés." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0019/document.
Анотація:
Les transistors à base de nitrure de gallium (GaN) ont, de par leurs propriétés physiques, des performances inégalables par les technologies classiques à base de silicium pour l’amplification de puissance hyperfréquence. Cependant, cette technologie souffre d’effets mémoires basses fréquences inhérents aux défauts présents dans la structure du transistor : les effets de pièges. La première partie de cette thèse vise à caractériser et modéliser les effets de pièges. La séparation des effets de pièges ayant des constantes de temps courtes (quelques ms) à ceux ayant des constantes de temps longues (quelques s) a été montrée à travers des mesures I-V impulsionnelles spécifiques. Un nouveau modèle électrique, basé sur la physique, a été développé au sein d’un simulateur CAO pour prendre en compte les effets de pièges lents. Ce modèle, une fois greffé à un modèle de transistor GaN déjà existant, est validé par comparaison avec des mesures en régime grand signal. La deuxième partie de cette thèse traite la conception d’une architecture d’amplificateur reconfigurable en fréquence et en puissance pour une application E/R aéroportée. Un démonstrateur a été réalisé avec des transistors GaN sur circuit imprimé à 10 GHz. Les mesures grand signal de cet amplificateur ont démontré la reconfigurabilité de l’architecture d’amplificateur équilibré à charge modulée (LMBA). Par ailleurs, deux amplificateurs de puissance GaN ont été conçus pour servir de briques de base à une version intégrée (MMIC) de l’architecture bi-mode : un forte puissance bande X (employant un combineur de puissance innovant) et un moyenne puissance bande C à XGaN based High Electron Mobility Transistors (HEMT) present outstanding performances for microwave power amplification with respect to their silicon-based counterparts. However, this technology still suffers from low frequency memory effects originated from defaults in the structure, the so-called trapping effects. First part of this thesis aims to characterize and model the trapping effects. It has been shown that the slow-rate trapping effects could be separated from the fast-rate ones, by carrying specific pulsed I-V measurements. Consequently, a new, physic based, electrical model has been developed in order to take into account the slow traps. This model, added into an already existing GaN CAD model, has been validated through large signal measurements. Secondly, the thesis goal is to design a reconfigurable power amplifier architecture between a high power X band mode and a medium power C to X band mode for airborne T/R modules. A 10 GHz, encapsulated GaN transistors based PCB demonstrator has been realized in order to demonstrate both the power and the frequency bandwidth reconfigurability of the Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA) architecture. Moreover, two GaN integrated power amplifiers have been designed in order to be reused in a full MMIC version of the architecture
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Demenitroux, Wilfried. "Caractérisation avancée et nouvelles méthodologies de modélisation des technologies GaN pour la conception d’amplificateurs de puissance large bande et haut rendement aux fréquences RF et microondes." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/bd67ae36-c41e-48b1-a795-cee1579821d7/blobholder:0/2011LIMO4040.pdf.
Анотація:
Haut rendement, forte linéarité et large bande de fonctionnement sont les points clés de la conception d’amplificateur de puissance d’aujourd’hui. De plus, de nombreux amplificateurs de puissance sont développés en technologie hybride utilisant des transistors en boîtier, rajoutant une difficulté supplémentaire pour extraire des modèles CAO fiables pour concevoir ces amplificateurs. Le sujet de cette thèse est de proposer une nouvelle méthodologie de modélisation de transistors en boîtier, rapide, automatique et dédiée à la conception d’amplificateurs de puissance large bande et haut rendement. Pour cela, un nouveau modèle comportemental de transistor est proposé, avec une méthode innovante d’extraction. Pour valider le nouveau flot de conception basé sur des modèles comportementaux de transistors, l’étude aboutit à un démonstrateur en technologie GaN présentant un rendement en puissance ajoutée moyen de 65%, une puissance de sortie moyenne de 41 dBm et un gain en puissance moyen de 13 dB sur 36% de bande relative autour de 2. 2 GHzHighly efficient, high linearity and wideband are the keyword of the new power amplifier in telecom nowadays. Thus, more and more power amplifiers are developed using packaged transistor, adding a difficulty to extract reliable CAD models for designing these amplifiers. The topic of this thesis is to propose a new methodology for modeling packaged transistor, fast, accurate automatic and dedicated to the design of wideband and highly efficient power amplifiers. A new behavioral model of packaged transistor is proposed, using an innovative method of extraction. In order to validate the new design flow approach, the study results in a GaN wideband and highly efficient power amplifier presenting a mean PAE of 65%, a mean output power of 41 dBm and a mean power gain of de 13 dB over 36% of relative bandwidth around 2. 2 GHz
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Mouginot, Guillaume. "Potentialités des transistors HEMTs AlGaN-GaN pour l’amplification large bande de fréquence : Effets limitatifs et modélisation." Limoges, 2011. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/4c36e4fd-daca-4684-8b8d-12ab331c721d/blobholder:0/2011LIMO4056.pdf.
Анотація:
Aujourd’hui, la conception de circuits intégrés de puissance hautes fréquences large bande est devenue un enjeu majeur pour les systèmes modernes de défense. Nous proposons dans ce manuscrit une étude du transistor HEMT GaN afin de mettre en évidence son intérêt pour ces applications. Une conception d’amplificateur de puissance large bande 6-18 GHz sur substrat SiC est présentée, démontrant les potentialités de la filière GH25 d’UMS. Malheureusement, pour ces applications hautes fréquences, une étude démontre que le transistor HEMT AlGaN/GaN est limité par deux phénomènes : les effets thermiques et les effets de pièges. Ainsi, un modèle non-linéaire électrothermique incluant les effets de pièges d’un transistor HEMT 8x75 μm est présenté. Les caractérisations effectuées mettent en lumière les limitations des techniques actuelles de modélisation des pièges et nous permettront d’ouvrir de nouvelles perspectives dans ce domaineNowadays, the design of high-frequency broadband power integrated circuits is an important research axis in modern defense systems. This manuscript proposes a study about GaN HEMT in order to highlight its interest for these applications. The first part consists in design and measurement data of a broadband 6-18 GHz power amplifier. The obtained results demonstrate the performance of UMS GH25 technology based on SiC substrate. Unfortunately, for high frequency applications, AlGaN/GaN HEMT is limited by two phenomena that are thermal and trapping effects. Thus, a non-linear electrothermal model including these effects for a HEMT 8x75 μm is proposed. Some specific characterizations have shown limitations of current techniques for trap modeling and their analyses should open new perspectives in this field
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Le, Coustre Gwenael. "Contribution au développement d’une filière de transistor de forte puissance à base de technologie HEMT GaN pour applications télécoms et radar." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10118/document.
Анотація:
L’utilisation de matériaux grand gap, et tout particulièrement l’emploi du nitrure de gallium est une solution pour la génération de puissance aux fréquences microondes. Les HEMTs réalisés à partir du matériau GaN présentent actuellement les meilleures performances mondiales pour la génération de puissance hyperfréquence. Cependant, les concepteurs ont besoin de connaître leurs limitations électriques : Plus précisément, ils ont besoin de connaître leurs caractéristiques électriques dans leurs zones de fonctionnement et d’en avoir des modèles mathématiques intégrables dans des outils de CAO. Dans une première partie, des caractérisations électriques ont été effectuées afin de déterminer l’impact des limitations physiques sur la génération de puissance : tension de claquage, pièges de drain et de grille, résistance thermique d’interface dans l’épitaxie … Dans la deuxième partie de cette thèse, la conception et la réalisation de premières maquettes ont été effectuées en bande S (3 GHz). Ces maquettes permettent une première caractérisation des composants de puissance de plusieurs millimètres de développement de grille réalisés au laboratoire. Ces caractérisations, pour des considérations de connexions mais également thermiques ne sont pas réalisables sous pointes. Ces mesures permettent également la détermination des impédances optimales en puissance et en rendement au plus près des composants afin de les connaitre avec précision. Ces impédances seront utilisées lors de la conception des amplificateurs de puissance présentée dans la dernière partie. Dans un premier temps, une analyse de l’impact des adaptations d’entrée et de sortie sur la largeur de bande d’adaptation a été réalisée. Une attention particulière a été consacrée à l’architecture de l’adaptation d’entrée. Dans un second temps, une présentation de la conception et de caractérisation d’amplificateurs de puissance de classes 25W et 100W en bande S est présentée. Des mesures de ces amplificateurs ont montré des puissances de sortie supérieures à 120W avec un rendement en puissance ajoutée et un gain en puissance associé respectivement de 40% et 22dB. Ces résultats en termes de puissance, de rendement et de température confortent la possibilité de réaliser des amplificateurs en bande-S pour des applications radars en technologie GaNThe use of wide-gap materials is a solution for the generation of power at microwaves frequencies, and HEMTs processed on Gallium Nitride currently present the best world performances in this domain. However, the designers need to know their electrical limitations. More precisely, they need to know their electric characteristics in their areas of operation, and also to have at their disposal mathematical model for CAD tools. In a first part, electrical characterizations were carried out in order to determine the impact of the physical limitations on the generation of power: breakdown voltage, gate-lag and drain-lag related trapping effects, thermal resistance of interface in the epitaxy…In the second part of this thesis, the design and the realization of first demonstrators were carried out in band S (3 GHz). These demonstrators allow a first characterization of the power devices with several millimeters of gate development processed in the laboratory. These characterizations are not to be done on wafer, for thermal reasons as well as electrical connections issues. They allow determining the optimum impedances for power and/or PAE very close to the DUT terminals, i.e. with a good precision. These impedances will be used for the design of the amplifiers, presented in the first part. First, an analysis of the impact of the input and output loads on the reachable bandwidth has been done. Secondly, a presentation of the design and the characterization of 25W and 100W class HPA is presented. The measurements of these latter amplifiers have shown output power higher than 120W, with a power added efficiency and an associated power gain respectively of 40% and 22 dB. These results, in terms of power, PAE and temperature, make us very confident for the future design of GaN HEMTs based amplifiers in S-band for radar applications
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Douvry, Yannick. "Étude de HEMTs AlGaN/GaN à grand développement pour la puissance hyperfréquence : conception et fabrication, caractérisation et fiabilité." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10131/document.
Анотація:
Cette thèse expose les travaux effectués au sein du laboratoire central de l’IEMN. La finalité de ce travail est de participer a l’optimisation des transistors HEMTs de la filière AlGaN/GaN sur substrat Si(111), au niveau de leur fabrication et de leurs propriétés électroniques, qui seront a terme intégrés dans des dispositifs de puissance hyperfréquence. Ce manuscrit expose dans un premier chapitre les principales propriétés physiques, électriques et mécaniques des matériaux choisis, ainsi que le principe de fonctionnement du HEMT. Ensuite, toutes les étapes technologiques permettant la conception et la fabrication du HEMT seront décrites dans le deuxième chapitre, parmi lesquelles ont été menées plusieurs études sur leur optimisation. Une attention particulière sera portée sur les verrous technologiques rencontrés durant cette thèse. Le troisième chapitre présente l’ensemble des études effectuées sur les composants fabriqués au laboratoire. Elles s’appuient sur l’analyse des caractéristiques électriques en régime statique, pulsé, et hyperfréquence. Le dernier chapitre concerne l’étude de la fiabilité de HEMT AlGaN/GaN sur substrat SiC de même topologie. Les défauts induits par l’utilisation prolongée de ces transistors seront mis en exergueThis thesis describes the work performed within iemn laboratory. The design, fabrication and improvement of AlGaN/GaN HEMTs on Si(111) substrate is the main goal of this work, as these transistors are aimed to be integrated in devices for microwave power applications. In the first chapter, this manuscript shows the worthwhile physical, electrical and mechanical properties of the used materials. HEMT working principle is also exposed in this part. Next, every step of the HEMT manufacturing process are described in the second chapter, including several optimization studies. Particular attention will be paid to bottlenecks encountered during the device making. The third chapter presents the whole studies done on these electronic components. Each study relies on electrical characterization in DC, pulsed and microwave modes. The final chapter regards reliability studies of AlGaN/GaN HEMT on SiC substrate having the same topology. Defects induced during more than 3000h ageing in high operating temperature will be highlighted
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Chéron, Jérôme. "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." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b9607ad9-db5a-4302-8d68-2ee8d6236242/blobholder:0/2011LIMO4010.pdf.
Анотація:
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 cm²Radar 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
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Minko, Auxence. "Technologie des composants de type HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour des applications en amplification de puissance et faible bruit." Lille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004LIL10109.
Анотація:
Ce travail est axé sur le développement de la technologie de transistors sur une filière de semiconducteurs à large bande interdite de type nitrure d'élément III épitaxiés sur substrat silicium. Le but de cette thèse est de développer une technologie permettant de réaliser des transistors performants pour les applications de puissance (HPA) et les applications faible bruit (LNA). Les études sont basées sur le transistor à effet de champ à hétérojonction HEMT (High Electron Mobility Transistor). Dans ce mémoire nous développons les analyses et les résultats des HEMTs AlGaN/GaN sur substrat Si (111). Après avoir présenté les propriétés du matériau GaN et les conditions de croissance sur les différents types de substrat, nous montrons les outils. Technologiques utilisés pour atteindre ce but. Les recherches menées en technologie concernent principalement l'amélioration des contacts ohmiques et la technologie de grille. La réalisation de grilles en T submicroniques de l'ordre de 0. 15 [micron] a permis la fabrication de composants présentant des fréquences de transition extrinsèques proche de 60 GHz et Une transconductance extrinsèque de l'ordre de 280 mS/mm. Nous avons mis en évidence que les dernières améliorations réalisées sur l'épitaxie des couches alliées à l'optimisation de la technologie des transistors, permettent d'atteindre des performances en puissance de l'ordre de 2. 6 W/mm à 10 GHz et des performances en bruit RF avec un facteur de bruit de 0. 94 dB associé à un gain de 13 dB à 10 GHz.
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Benbakhti, Brahim. "Analyses physique et thermique de transistors à effet de champ de la filière GaN : optimisation de structures pour l'amplification de puisssance hyperfréquence." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2006/50376_2006_294.pdf.
Анотація:
Les performances en puissance hyperfréquence des composants à base de nitrures sont fortement affectées par certains phénomènes physiques. La thermique, le claquage et la présence de pièges constituent les principales causes limitatives de ces composants. L'augmentation de la température altère les propriétés de transport dans le matériau et par conséquent, réduit ses performances électriques et hyperfréquences. Dans le cadre de composants de cette filière ce phénomène est particulièrement important compte tenu des puissances mise en Jeu. Le GaN est un semiconducteur III - V à grand gap dont la tension de claquage intrinsèque est très élevée. Les composants de type HEMT peuvent donc fonctionner à des tensions élevées mais la répartition du champ électrique constitue une limitation qui peut être améliorer grâce à des topologies particulières. Ce travail est consacré à l'analyse physique et thermique ainsi qu'à l'optimisation des différentes topologies de composants à base de GaN. Une attention particulière a été apportée, au niveau de la modélisation, entre le couplage physique-thermique. Cette étude permet de quantifier les performances en puissance et en fréquence de ces structures afin d'en déterminer les limites et de repousser ces dernières par le choix de la structure et/ou par un management thermique judicieux. Quant aux limites en tension, elles peuvent être améliorées par l'ajout d'une électrode de champ adéquate (Field-Plate) avec un design très réaliste du transistor HEMT. Cette étude a permis d'expliquer quantitativement le phénomène de saturation du courant entre deux contacts ohmiques. Quant aux résultas relatifs à l'optimisation des structures FieldPlate, ils sont en parfaite adéquation avec le comportement électrique observé expérimentalement. Les modèles physique développés s'avèrent être des outils de prédiction extrêmement utile pour les technologues et permettent une compréhension rigoureuse des phénomènes physiques observés.
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Dasgupta, Abhijeet. "High efficiency S-Band vector power modulator design using GaN technology." Thesis, Limoges, 2018. http://www.theses.fr/2018LIMO0021/document.
Анотація:
L’évolution des systèmes de télécommunications, liée à une demande sans cesse croissante en termes de débit et de volume de données, se concrétise par le développement de systèmes proposant des bandes passantes très larges, des modulations à très hautes efficacités spectrales, de la flexibilité en puissance et en fréquence d’émission. Par ailleurs, la mise en œuvre de ces dispositifs doit se faire avec un souci permanent d’économie d’énergie d’où la problématique récurrente de l’amplification de puissance RF qui consiste à allier au mieux rendement, linéarité et bande passante. L’architecture conventionnelle d’une chaine d’émission RF consiste dans une première étape à réaliser l’opération de modulation-conversion de fréquence (Modulateur IQ) puis dans une deuxième étape l’opération de conversion d’énergie DC-RF (Amplificateur de Puissance), ces deux étapes étant traditionnellement traitées de manière indépendante. L’objectif de ces travaux de thèse est de proposer une approche alternative qui consiste à combiner ces deux opérations dans une seule et même fonction : le modulateur vectoriel de puissance à haute efficacité énergétique. Le cœur du dispositif, conçu en technologie GaN, repose sur un circuit à deux étages de transistors HEMT permettant d’obtenir un gain en puissance variable en régime de saturation. Il est associé à un modulateur de polarisation multi-niveaux spécifique également en technologie GaN. Le dispositif réalisé a permis de générer directement, à une fréquence de 2.5 GHz, une modulation vectorielle 16QAM (100Msymb/s) de puissance moyenne 13 W, de puissance crête 25W avec un rendement global de 40% et une linéarité mesurée par un EVM à 5%The evolution of telecommunications systems, linked to a constantly increasing demand in terms of data rate and volume, leads to the development of systems offering very wide bandwidths, modulations with very high spectral efficiencies, increased power and frequency flexibilities in transmitters. Moreover, the implementation of such systems must be done with a permanent concern for energy saving, hence the recurring goal of the RF power amplification which is to combine the best efficiency, linearity and bandwidth. Conventional architectures of RF emitter front-ends consist in a first step in performing the frequency modulation-conversion operation (IQ Modulator) and then in a second step the DC-RF energy conversion operation (Power Amplifier), these two steps being usually managed independently. The aim of this thesis is to propose an alternative approach that consists in combining these two operations in only one function: a high efficiency vector power modulator. The core of the proposed system is based on a two-stage GaN HEMT circuit to obtain a variable power gain operating at saturation. It is associated with a specific multi-level bias modulator also design using GaN technology. The fabricated device generates, at a frequency of 2.5 GHz, a 16QAM modulation (100Msymb/s) with 13W average power, 25W peak power, with an overall efficiency of 40% and 5% EVM
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Kabouche, Riad. "Caractérisations de composants et Conceptions de circuits à base d’une filière émergente AlN/GaN pour applications de puissance en gamme d’ondes millimétriques." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10200/document.
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La technologie Nitrure de Gallium s’impose actuellement comme le candidat idéal pour les applications de forte Puissance en gamme d’ondes millimétriques. Les caractéristiques de ce matériau le prédisposent à un fonctionnement à haute tension sans sacrifier la montée en fréquence, illustrées par son champ de claquage et sa vitesse de saturation des électrons élevés. Ces travaux de recherche s’inscrivent, dans un premier temps, dans le développement d’un banc de mesures permettant la caractérisation « grand signal », dite LoadPull dans la bande Ka et Q, en mode continu et impulsionnel de cette technologie émergente. En effet, la forte densité de puissance qu’est capable de générer la technologie GaN a rendu le développement de ce banc indispensable et relativement unique. Par ailleurs, cette étude s’est focalisée, dans la caractérisation de plusieurs filières innovantes qui ont mis en évidence des performances à l’état de l’art, avec un rendement en puissance ajoutée PAE de 46.3% associée à une densité de puissance de 4.5W/mm obtenue pour une fréquence d’opération de 40 GHz en mode continu. Enfin, ces travaux de thèse ont permis de générer la conception et la réalisation de deux amplificateurs de puissance en technologie GaN sur substrat silicium (basée sur la filière industrielle OMMIC) en bande Ka, représentant la finalité d’une démarche cohérente de l’étude de transistors en technologie GaN à la réalisation de circuits de type MMIC. Ces deux amplificateurs ont été conçus pour des objectifs biens précis : combiner puissance élevée et rendement PAE élevé et repousser les limites en termes de largeur de bandeGallium Nitride (GaN) technology is now the ideal candidate for high power applications in the millimeter wave range. The characteristics of this material enable high voltage operation at high frequency, as illustrated by its breakdown field and high electron saturation velocity. This research work has initially allowed the development of a test bench capable of "Large Signal" characterization, called LoadPull up to Q band, in continuous-wave and pulsed mode of this emerging technology. Indeed, the high power density generated by the GaN technology has made the development of this bench unavoidable and relatively unique. In addition, this study has focused on the characterization of several innovative types of devices that have demonstrated state-of-the-art performance, with a power added efficiency (PAE) above 46% associated to a power density of 4.5 W/mm obtained for an operating frequency of 40 GHz in continuous-wave. Finally, this work aimed the design and fabrication of two power amplifiers on silicon substrate (based on the industrial OMMIC technology) in the Ka-band, showing the possibility of achieving MMIC type circuits from advanced GaN transistors technology. These two amplifiers were designed for specific purposes: combining high power and high PAE performance and pushing bandwidth limits
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Courty, Alexis. "Architecture d'amplificateur de puissance linéaire et à haut rendement en technologie GaN de type Doherty numérique." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0067/document.
Анотація:
Les fortes capacités actuelles et envisagées des futurs liens satellites de communication pour la 5G conduisent les signaux traités dans les charges utiles à présenter simultanément d'importantes variations d'amplitude (PAPR>10dB) et de très larges bandes passantes instantanées (BW>1GHz). A l'intérieur du sous-système d'émission hyperfréquence, le fonctionnement du module d'amplification de puissance se trouve très contraint par les formes d'ondes véhiculées, il se présente comme l'un des postes de consommation énergétique des plus importants, et ayant le plus d'impact sur l'intégrité du signal émis. Dans ce contexte, les fonctions dédiées au traitement numérique des signaux et couramment implémentées par le processeur numérique (telles que le filtrage, la canalisation, et éventuellement la démodulation et la régénération des signaux bande de base) embarquées dans les charges utiles, représentent une solution à fort potentiel qui permettrait de relâcher les contraintes reportées sur la fonction d'amplification de puissance afin de gérer au mieux la ressource électrique allouée. Ces travaux de thèse proposent d'étudier les potentialités d'amélioration du fonctionnement en rendement et linéarité d'un amplificateur de type Doherty à double entrée de gamme 20W en technologie GaN et fonctionnant en bande C. La combinaison des signaux de puissance sur la charge RF est optimisée par une distribution optimale des signaux en amplitude et phase à l'entrée par des moyens numériques de génération. Dans un premier temps une méthodologie de conception large bande d'un amplificateur Doherty est introduite et validée par la conception d'un démonstrateur en bande C. Dans un second temps, l'outil expérimental permettant l'extraction des lois optimales de distribution d'amplitude et de phase RF est présenté en détail, et la caractérisation expérimentale du dispositif en double entrée est réalisée puis comparée aux simulations. Finalement, en perspective à ces travaux, une étude préliminaire des potentialités de l'architecture Doherty à double entrée pour la gestion d’une désadaptation de la charge de sortie (gestion de TOS) est menée et des résultats sont mis en avantThe high capabilities of current and future 5G communication satellite links lead the processed signals in the payloads to simultaneously exhibit large amplitude variations (PAPR>10dB) and wide instantaneous bandwidths (BW>1GHz). Within the microwave transmission subsystem, the operation of the power amplification stage is highly constrained by the transmitted waveforms, it is one of the most energy-consuming module of the payload affecting as well the integrity of the transmitted signal. In this context, the functions dedicated to digital signal processing and currently implemented by the digital processor (such as filtering, channeling, and possibly the demodulation and regeneration of baseband signals) embedded in the payloads, represent a potential solution that would reduce the constraints reported on the power amplification function and help to manage the allocated power ressource. This work proposes a study on the capability of dual input power amplifier architectures in order to manage the efficiency-linearity trade-off over a wide bandwidth. This study is carried out on a 20W GaN Doherty demonstrator operating in C band. The combination of the output signals on the RF load is managed by an optimal amplitude and phase distribution that is digitally controlled at the input. Firstly, a wideband design methodology of Doherty amplifier is introduced and validated on a C band demonstrator. In a second time the experimental tool allowing the extraction of amplitude and phase input distributions is presented, the dual input characterization is achieved and compared with simulation results. Finally, in perspective of this work, a preliminary study of the capabilities of the digital Doherty for the management of an output load mismatch (VSWR management) is carried out and the results are put forward
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Dufraisse, Jérémy. "Étude des classes de fonctionnement à haut rendement pour l’amplification de puissance en hyperfréquence en utilisant la technologie HEMT à base de nitrure de gallium." Limoges, 2012. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/c7bdc71a-d073-4907-929b-aac730f327fa/blobholder:0/2012LIMO4048.pdf.
Анотація:
Ce rapport traite de l'étude de classes de fonctionnement pour améliorer le ren-dement en puissance d'amplificateurs à base de HEMT AlGaN/GaN et InAlN/GaN fonctionnant autour de 2 GHz. L'analyse des caractéristiques électriques des HEMT à base de GaN présente l'impact de plaques de champ et de la distance grille-drain sur les performances du composant. Ensuite, la description des amé-liorations de chaque classe conduit à la conception de circuits fonctionnant en classe F inverse avec un rendement en puissance ajoutée mesuré de 58 % et une puissance de sortie de 42 W pour une fréquence de 2 GHzThis report deals with the study of class of amplifiers in order to improve the power efficiency of amplifiers based on AlGaN/GaN and InAlN/GaN HEMT, work-ing around 2 GHz. The analysis of the electrical characteristics of HEMT based on GaN presents the impact of field plates and the drain-gate distance on device's performances. Then, the description of the improvements of each class leads to the design of circuits working in inverse F-class with a measured power added ef-ficiency of 58 % and an output power of 42 W for a frequency of 2 GHz
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Gerbedoen, Jean-Claude. "Conception et réalisation technologique de transistors de la filière HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour l'amplification de puissance hyperfréquence." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10024/document.
Анотація:
Les semiconducteurs basés sur les nitrures III - N à large bande interdite présentent un intérêt croissant pour la recherche et le monde industriel. Parmi eux, les composants de puissance à base de nitrure de gallium constituent un domaine de recherche majeur de l'électronique à l'état solide pour les applications hyperfréquences. Les travaux décrits dans cette thèse correspondent à la conception et à la réalisation de transistors de puissance à haute mobilité pour l'amplification en bandes X et Ku (8-18 GHz). L'évolution continue des hétérostructures demande de constantes rétroactions avec le procédé technologique. Dans ce but, l'approche utilisée a consisté au développement et à l'optimisation des briques technologiques de base, associée à l'analyse physique indispensable à l'optimisation des choix technologiques. Une étude fine des contacts ohmique et Schottky a été entreprise. Une optimisation des conditions de réalisation des fossés de grille, du contact ohmique, des métallisations, du prétraitement de surface et de la nature du diélectrique de passivation a été nécessaire. L'ajout d'une électrode de champ a été étudiée afin d'améliorer davantage la tenue en tension des composants et minimiser l'impact des pièges de surface. Dans ce cadre, nous avons conçu et développé différentes topologies de plaque de champ. Plusieurs diélectriques innovants comme le nitrure de bore ont été testés afin d'établir les potentialités de ces transistors HEMTs à grille isolée. L'ensemble de cette technologie optimisée a été appliquée sur une couche HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si (001) et a permis d'établir un état de l'art en puissance à 10GHz pour cette nouvelle filière bas coûtIII-N based semiconductors due to their wide bandgap properties present more and more interest in research and industry. ln this frame, the microwave power devices based on gallium nitride constitute a major research field in electronics regarding solid state for microwave applications. The work described in this thesis is the design and the fabrication of high mobility power transistors for amplification in X and Ku band (8-18 GHz). The constantly improvement of epitaxies is correlated to a constant feedback with the technology. ln this way, the approach used in the development and optimization of base modules is associated to the physical analysis necessary to optimize the technological choices. A detailed study of Schottky and ohmic contacts is undertaken. An optimization of technological process conditions for gate recess, ohmic contact, the metallization, the surface pretreatment and the nature of the dielectric passivation was necessary. Fieldplate structure are also studied to further improve the withstanding voltage of components and minimize the impact of surface traps. ln this context, different fieldplate topologies are designed and developed. Several innovative dielectric material as boron nitride are tested to determine the capabilities of these insulated gate HEMTs transistors. The optimized process is applied to AlGaN/GaN HEMT on Si substrate (100) demonstrating a microwave power state-of-the-art at 10GHz for low-cost applications
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Jardel, Olivier. "Contribution à la modélisation des transistors pour l’amplification de puissance aux fréquences microondes : développement d’un nouveau modèle électrothermique de HEMT AlGaN/GaN incluant les effets de pièges." Limoges, 2008. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/267e01b1-6569-4f83-a21a-6711f630064d/blobholder:0/2008LIMO4003.pdf.
Анотація:
Ce document traîte de la modélisation de transistors de puissance microondes TBH InGaP/AsGa et HEMTs AlGaN/GaN pour des applications en bande X. Les HEMTs AlGaN/GaN ont été commercialisés récemment et il y a par conséquent un besoin de modèles précis permettant de décrire leurs caractéristiques électriques, afin de concevoir des amplificateurs. Le modèle proposé inclut une description dynamique des effets des pièges sur les caractéristiques électriques et des phénomènes thermiques, permettant d’augmenter la précision des modèles classiques ainsi que leur domaine de validitéThis report deals with the modeling of microwave power transistors, and particularly GaInP/GaAs HBTs and AlGaN/GaN HEMTs for X-band applications. AlGaN/GaN HEMTs have been commercialized recently, hence there is a need for accurate models allowing to describe their electrical characteristics in order to design power amplifiers. The model proposed for AlGaN/GaN HEMTs includes a description of the electrothermal effects and the trapping effects, to improve the accuracy and the validity range of the classical models
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Diab-el-Arab, Hilda. "Conception et réalisation d'un filtre actif de type RC utilisant un amplificateur de gain fini en technologie MMIC." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112330.
Анотація:
Ce travail traite de la conception de filtres analogiques utilisant des amplificateurs de tension. Cette étude résulte de la transposition aux fréquences micro-ondes des principes utilisés aux basses fréquences. D'abord nous avons étudié le filtre dans sa structure générale pour en déduire une structure optimale. En choisissant judicieusement les valeurs des éléments passifs de cette dernière, nous pouvons réaliser un filtre passe-bande stable, accordable et facile à intégrer dans d'autres cellules élémentaire. De plus, nous avons étudié la non-idéalité de l'amplificateur sur les performances du filtre. Nous avons recherché une topologie d'amplificateur à gain fini utilisant le principe de la contre-réaction. Une seule structure a été retenue pour sa stabilité et ses performances proche de celles désirées, à savoir un gain de module constant et une phase quasi nulle dans la bande de freéquence de travail. .This work deals with the design of analog biquadratic filters using voltage amplifiers. This study results from the transposition of such filter into microwaves. At first the filter was studied in its holistic struture in order to obtain its optimal configuration. By choosing wisely passive elements values of the later a band-pass filter was realized, which is stable accordable and simple to integrate in other cellular elements. However, this filter is highly sensitive to its constitutive elements. Among the elements that might influence the filter performance is the no-ideality of the amplifier. These things were examined and it was revealed that the no-ideality impair the filter fonction. Furthermore, a major part of this study focused on searching for a topology of a finite gain amplifier based on a feedback principle. .
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Subramani, Nandha kumar. "Physics-based TCAD device simulations and measurements of GaN HEMT technology for RF power amplifier applications." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0084/document.
Анотація:
Depuis plusieurs années, la technologie de transistors à effet de champ à haute mobilité (HEMT) sur Nitrure de Gallium (GaN) a démontré un potentiel très important pour la montée en puissance et en fréquence des dispositifs. Malheureusement, la présence des effets parasites dégrade les performances dynamiques des composants ainsi que leur fiabilité à long-terme. En outre, l'origine de ces pièges et leur emplacement physique restent incertains jusqu'à aujourd'hui. Une partie du travail de recherche menée dans cette thèse est axée sur la caractérisation des pièges existant dans les dispositifs HEMTs GaN à partir de mesures de paramètre S basse fréquence (BF), les mesures du bruit BF et les mesures I(V) impulsionnelles. Parallèlement, nous avons effectué des simulations physiques basées sur TCAD afin d'identifier la localisation des pièges dans le transistor. De plus, notre étude expérimentale de caractérisation et de simulation montre que les mesures BF pourraient constituer un outil efficace pour caractériser les pièges existant dans le buffer GaN, alors que la caractérisation de Gate-lag pourrait être plus utile pour identifier les pièges de barrière des dispositifs GaN HEMT. La deuxième partie de ce travail de recherche est axée sur la caractérisation des dispositifs AlN/GaN HEMT sur substrat Si et SiC. Une méthode d’extraction simple et efficace de la résistance canal et de la résistance de contact a été mise au point en utilisant conjointement la simulation physique et les techniques de caractérisation. Le principe de l’extraction de la résistance canal est basée sur la mesure de la résistance RON. Celle-ci est calculée à partir des mesures de courant de drain IDS et de la tension VDS pour différentes valeurs de températures En outre, nous avons procédé à une évaluation complète du comportement thermique de ces composants en utilisant conjointement les mesures et les simulations thermiques tridimensionnelles (3D) sur TCAD. La résistance thermique (RTH) a été extraite pour les transistors de différentes géométries à l'aide des mesures et ensuite validée par les simulations thermiques sur TCADGaN High Electron Mobility Transistors (HEMTs) have demonstrated their capabilities to be an excellent candidate for high power microwave and mm-wave applications. However, the presence of traps in the device structure significantly degrades the device performance and also detriments the device reliability. Moreover, the origin of these traps and their physical location remains unclear till today. A part of the research work carried out in this thesis is focused on characterizing the traps existing in the GaN/AlGaN/GaN HEMT devices using LF S-parameter measurements, LF noise measurements and drain-lag characterization. Furthermore, we have used TCAD-based physical device simulations in order to identify the physically confirm the location of traps in the device. Moreover, our experimental characterization and simulation study suggest that LF measurements could be an effective tool for characterizing the traps existing in the GaN buffer whereas gate-lag characterization could be more useful to characterize the AlGaN barrier traps of GaN HEMT devices. The second aspect of this research work is focused on characterizing the AlN/GaN/AlGaN HEMT devices grown on Si and SiC substrate. We attempt to characterize the temperature-dependent on-resistance (RON) extraction of these devices using on-wafer measurements and TCAD-based physical simulations. Furthermore, we have proposed a simplified methodology to extract the temperature and bias-dependent channel sheet resistance (Rsh) and parasitic series contact resistance (Rse) of AlN/GaN HEMT devices. Further, we have made a comprehensive evaluation of thermal behavior of these devices using on-wafer measurements and TCAD-based three-dimensional (3D) thermal simulations. The thermal resistance (RTH) has been extracted for various geometries of the device using measurements and validated using TCAD-thermal simulations
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Bridier, Vincent. "Contribution au développement d’une nouvelle plateforme de caractérisation non linéaire pour amplificateurs de puissance hyperfréquences pour les applications radar". Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10104/document.
Анотація:
L’amplificateur haute puissance d’un radar, qui est l’un des éléments définissant les performances du système, est un sujet constant de rechecherche afin d’améliorer sa puissance et son rendement. Des améliorations des performances peuvent être apportées par la combinaison d’une technologie relativement nouvelle, le HEMT GaN et de classes de fonctionnement d’amplificateur à haut rendement telles les classes de commutation. Ces dernières faisant usage des harmoniques du signal complexe émis par l’amplificateur en compression, une caracterisation non linéaire est requise. Ce type de caractérisation existe déjà en mode CW et pulsé périodique. Cependant, le mode pulsé périodique n’apporte qu’une approximation du train d’impulsions radar réel excitant l’amplificateur, négligeant les effets causés par le train de pulse. Cela concerne particulièrement la technologie HEMT GaN qui est susceptible à des effets thermique et de mémoire. Ce travail propose une nouvelle technique de mesure reposant sur un prototype de NVNA basé sur des mélangeurs capable de mesurer trois fréquences simultanément, permettant la caractérisation non linéaire d’un amplificateur en condition radar réelle en terme de train d’impulsions. Cet instrument a été validé par des mesures CW et pulsée périodique en utilisant un appareil type LSNA et un VNA disponible sur le marché. La technique mesure, optimisée dans ce travail jusqu’à 12GHz, permet de visualiser des effets causés par le train d’impulsions sur l’amplificateur de puissance tout en mesurant les trois premiers tons du signal complexe au meilleur rapport signal à bruit disponible grâce à l’architecture de l’instrumentRadar high power amplifier, that is one of the performance defining elements of a radar system, is under constant investigation to improve its power and efficiency. Improvement can be provided through the combination of relatively new transistor technology such as HEMT GaN and the use of high efficiency functioning class such as commutation classes. Commutation classes making use of harmonic tones of the complex signal of the amplifier at compression, non- linear characterization is required. Such characterization already available for CW and periodic pulse signal. However periodic pulse only provide an approximation of the actual radar pulse train the amplifier will be submitted to, overlooking effects cause by the pulse train. This affect especially on HEMT GaN which is prone to thermal and memory effects. This work propose a new measurement technique relying on a developed mixer based NVNA prototype able to measure three frequencies simultaneously, allowing the non linear characterization of a power amplifier in actual non periodic radar pulse train. The instrument was validated in CW and periodic pulse condition using commercially available NVNA and a LSNA. The measurement technique, optimized in this work to be performed up to 12GHz, allowed to see effects caused by the radar pulse train on a power amplifier performance while recording all three tones at best signal to noise ratio available thanks to the instrument architecture
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Disserand, Anthony. "Nouvelle architecture d’amplificateur de puissance fonctionnant en commutation." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0107/document.
Анотація:
L’essor et l’évolution des systèmes de télécommunication sont liés inéluctablement à la montée en fréquence et à l’augmentation des bandes passantes des futurs systèmes d’une part, et à une place sans cesse croissante prise par l’électronique numérique dans les chaînes d’émission/réception d’autre part. Concernant ce deuxième aspect, la génération de puissance RF avant émission est encore à ce jour implémentée de façon analogique, mais la gestion énergétique des amplificateurs de puissance RF est de plus en plus assistée numériquement. L’apparition du ‘numérique’ dans le domaine de la puissance RF se traduit par la mise en œuvre de systèmes électroniques fonctionnant en commutation : modulateurs de polarisation pour l’envelope tracking, convertisseurs numérique-analogique de puissance (Power-DAC) ou amplificateurs en commutation à fort rendement (classe S ou D). C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse : deux dispositifs de commutation originaux à base de transistors GaN HEMT sont présentés, analysés et réalisés en technologie MMIC. Ces cellules de commutation élémentaires permettent, jusqu’à des fréquences de quelques centaines de MHz, de commuter des tensions jusqu’à 50V, avec des puissances de l’ordre de 100W, ceci avec un rendement énergétique supérieur à 80%. Ces cellules de commutation sont ensuite utilisées dans diverses applications : deux types de modulateurs de polarisation destinés à l’envelope tracking ainsi que deux architectures d’amplificateurs classe D (demi-pont et pont en H) sont étudiés et les résultats expérimentaux permettent de valider ces différentes topologiesTelecommunication systems development is linked to working frequency and bandwidths increasement of future systems on one hand, and the growing place taken by digital electronics in the transmission chains on the other hand. Concerning the second point, the RF power generation in emitters is still implemented in an analog way, but the energy management of the RF power amplifiers is more and more assisted by numeric devices. The appearance of the 'digital technology' in the field of RF power is characterized by the implementation of high speed switching electronic systems like bias modulators for envelope tracking, power digital to analog converters (Power-DAC) or switching mode RF amplifiers (Classe S or D). This thesis work fits in this context, it describes two original switching devices based on GaN HEMT transistors. These elementary switching cells are realized in MMIC technology, they allow switching frequencies up to few hundreds MHz, with voltages reaching 50V, powers about 100W and energy efficiency greater than 80%. These switching cells are then used in various applications: two kinds of bias modulators for envelope tracking system as well as two architectures of class D amplifiers (half-bridge and full-bridge) are analyzed and validated by experimental results
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Hessler, Thierry. "Dynamique du gain dans les amplificateurs optiques à semiconducteur en régime femtoseconde /." [S.l.] : [s.n.], 2000. http://library.epfl.ch/theses/?nr=2176.
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Ayari, Lotfi. "Contribution au développement d’un banc de mesures temporelles 4-canaux pour la caractérisation avancée de composants et de sous-systèmes RF non linéaires." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0117/document.
Анотація:
Les communications futures pour les applications civiles et militaires utilisent des signaux modulés complexes large bande qui seront émis à travers des amplificateurs de puissance multivoie de type DOHERTY qui devront avoir des performances en puissance, rendement, OBO et largeur de bande qui constituent aujourd’hui un véritable défi à relever. Pour ce faire les concepteurs ont besoin d’outils de caractérisation temporelle permettant la mesure normalisées et l’optimisation des tensions et courants aux accès des dispositifs non linéaires sous pointes ou connectorisés. Ce travail de thèse a permis de mettre en œuvre cet outil de caractérisation temporelle qui a été utilisé pour répondre à des besoins spécifiques pour la modélisation de transistor, pour l’optimisation de leur fonctionnement en termes de stabilité impulsion à impulsion, pour la recherche des conditions optimales de leur fonctionnement dans un amplificateur de type Doherty. Pour cette mise en œuvre une modélisation mathématique des échantillonneurs a été réalisée pour évaluer leurs performances et choisir le mieux adapté à la mesure temporelle RF. Des procédures d’étalonnages rigoureuses ont été développées pour obtenir simultanément des formes d’ondes temporelles calibrées à spectre très large (Basse fréquences jusqu’aux Hyperfréquences)The future communications for civil and military applications will use complex wideband modulated signals to be transmitted through multi-channel DOHERTY power amplifiers which should have high performance in terms of power, efficiency, OBO, and bandwidth. In order to meet these stringent requirements, designers need time-domain characterization tools for calibrated measurements and for optimizing voltages and currents at both ports of non-linear connectorized or on-wafer devices. This work successfully implements time-domain characterization tools used to meet specific needs for transistor modeling, to optimize their operation in terms of pulse to pulse stability, and to search optimal conditions of their operation modes in a Doherty power amplifier. For this implementation, mathematical modeling is performed to evaluate sampler’s performances in terms of time-domain sampling efficiency in order to choose the best suited sampling architecture for RF time-domain measurements. Rigorous calibration procedures have been developed to obtain simultaneously full time-domain calibrated waveforms (from low Frequencies to Microwave frequencies)
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Potier, Clément. "Caractérisation et modélisation des pièges par des mesures de dispersion basse-fréquence dans les technologies HEMT InAIN/GaN pour l'amplification de puissance en gamme millimétrique." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0033/document.
Анотація:
Les transistors à haute mobilité d’électrons (HEMTs) en Nitrure de Gallium (GaN) s’affirment aujourd’hui comme une technologie essentielle à l’amplification de puissance à haute fréquence. Les HEMTs GaN étudiées et développées reposent essentiellement sur une hétérostructure AlGaN/GaN mais une alternative à base d’une barrière composée en InAlN, réduisant les contraintes sur les mailles cristallographiques de l’ensemble, est étudiée par certains laboratoires. Ce manuscrit de thèse rapporte une étude des potentialités de la filière HEMT InAlN/GaN développée au III-V Lab, en s’intéressant tout particulièrement aux effets de pièges induits par des défauts présents au sein de la structure. Une méthode de détection de ces défauts est proposée, basée sur la mesure de paramètres [S] en basse fréquence. Un modèle de HEMT InAlN/GaN électrothermique comprenant la contribution des effets de pièges est rapporté et sert de base à la conception d’un amplificateur de puissance en technologie MMIC, fonctionnant en bande Ka, présenté au dernier chapitreNowadays, High Electron Mobility Transistors (HEMTs) in Gallium Nitride (GaN) take the lead in power amplification at microwave frequencies. Most of the studies and developments on those HEMTs concern AlGaN/GaN structures but alternative transistors with an InAlN barrier, which reduces the strain in the crystal lattice of the whole structure, are investigated by few laboratories. This thesis presents some advanced studies on the new InAlN/GaN HEMT developed by the III-V Lab, focusing on the trapping phenomena induced by defects inside the crystal structure. A new method for the characterization of these defects, based on low-frequency S-Parameters measurements, is proposed. Furthermore, a non-linear electro thermal model including trapping effects for an InAlN/GaN HEMT is detailed and used to design a MMIC power amplifier for Ka-band applications
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Lablonde, Laurent. "Etude des non-linéarites de gain d'un amplificateur optique à semi-conducteur." Limoges, 1996. http://www.theses.fr/1996LIMO0029.
Анотація:
Les non-linearites de gain d'un amplificateur optique a semi-conducteurs interviennent negativement ou positivement dans les reseaux de telecommunications optiques. Nous presentons dans ce memoire l'etude de ces non-linearites et des configurations permettant de les reduire ou de les exploiter selon l'orientation souhaitee. Un signal d'intensite saturante peut etre particulierement distordu a l'amplification lorsque sa variation d'intensite est au moins du meme ordre de grandeur que le temps de vie des porteurs de la zone active. La reduction du contraste et la derive frequentielle en sont les principales caracteristiques et augmentent de ce fait le taux d'erreurs d'une transmission numerique. La nouvelle technique de transmission d'un multiplex de longueurs d'onde est elle aussi handicapee en raison de la saturation du gain sur toute la bande passante. On peut augmenter l'intensite de saturation du module amplificateur en realisant une contre-reaction optique selective en longueur d'onde. Le gain est alors stabilise sur une plus large gamme de valeur d'intensite du signal. Nous avons etudie la stabilisation du gain obtenue par un tel systeme dans le cas d'une information numerique avec une cavite constituee de reseaux photoinscrits dans les fibres d'acces. D'autre part, ces non-linearites de gain peuvent etre utilisees pour realiser des fonctions optiques comme la conversion de longueur d'onde par saturation croisee de gain. Nous presentons dans ce travail les resultats experimentaux et une analyse theorique d'un nouveau dispositif que nous avons mis au point, permettant de regenerer le contraste d'un signal numerique converti. Il remet en valeur les convertisseurs a saturation croisee de gain, plus simples et robustes que les convertisseurs interferometriques en cours d'etude, qui peuvent par ailleurs aussi etre integres dans le dispositif propose
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Ibrahim, Roger. "Amplificateurs optiques à stabilisation de gain rapide : étude et proposition de configurations WDM hybrides EDFA-SOA." Evry, Institut national des télécommunications, 2008. http://www.theses.fr/2008TELE0001.