Conception d’un amplificateur haut rendement à modulation de charge active en technologie GaN pour application à la radionavigation par satellite

par Morgane Portelance

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Jean-Michel Nébus et de Pierre Medrel.

Soutenue le 14-10-2021

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Prigent.

Le jury était composé de Jean-Michel Nébus, Pierre Medrel, Michel Prigent, Anthony Disserand, Olivier Jardel.

Les rapporteurs étaient Juan-Mari Collantes, Eric Bergeault.


  • Résumé

    Les applications de radio-navigation européenne , notamment au travers de la constellation de satellites Galileo, s’encrent dans une optique différente dans le registre de la conception des amplificateurs de puissance. Contrairement aux applications pour des satellites de télécommunication, le critère n’est alors plus la montée en fréquence, ni le besoin de répondre à d’importantes contraintes au niveau des variations d’amplitude des signaux. Cependant, en bande L, les contraintes au niveau de la bande passante, du rendement énergétique et de la linéarité restent des préoccupations majeures dans la conception de ces fonctions amplificatrices. Ces travaux de thèse proposent d’étudier les potentialités d’une architecture récente d’amplificateur à modulation de charge : le Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA). Deux configurations de cet amplificateur sont introduites. Une première concerne l’étude d’une topologie « Doherty-Like », avec une polarisation en classe C de l’amplificateur de contrôle. Cette étude est validée expérimentalement au travers de la caractérisation d’un démonstrateur en configuration double entrée de 25 W en bande C. Ainsi, la combinaison des signaux en sortie de l’architecture est optimisée par des moyens numériques. Dans un second temps, une autre méthodologie, cette fois-ci avec un amplificateur de contrôle en classe AB est présentée. Le démonstrateur fonctionne dans la bande [1.2 – 1.4] GHz, qui englobe deux des bandes pour l’application Galileo. Cette étude est validée par la simulation et par la caractérisation en mode CW, avec une variation de la polarisation de grille de l’amplificateur de contrôle.

  • Titre traduit

    Design of a high efficiency amplifier based on active load modulation principle in GaN technology for an application to satellite radio-navigation


  • Résumé

    The current radio navigation applications, like the Galileo satellite constellation, have a different approach in the design of power amplifiers. Contrary to applications for telecommunication satellites, the criterion is no longer the frequency rise, nor the need to meet important constraints concerning the amplitude variations of the signals. However, in L-band, the constraints of bandwidth, energy efficiency and linearity remain major concerns in the design of these amplifying functions. This thesis proposes to study the potentialities of a recent architecture of load modulated amplifier : the Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA). Two configurations of this amplifier are introduced. The first one concerns the study of a "Doherty-Like" topology, with a class C bias of the control amplifier. This study is experimentally validated through the characterization of a demonstrator in dual input configuration of 25 W in C band. In a second step, another methodology, this time with a control amplifier in class AB is presented. The demonstrator operates in the [1.2 - 1.4] GHz band, which includes two of the bands for the Galileo application. This study is validated by simulation and characterization in CW mode, with a variation of the control amplifier gate bias.


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