Amélioration de la linéarité des amplificateurs de puissance par injection de composantes basses fréquences et d'intermodulation, pour des applications de radiocommunications mobiles

Improvement of power amplifiers linearity by low frequency and intermodulation components injection applied to radiocommunications

• Auteur / Autrice : Sébastien Dardenne
• Direction : Rachid Allam, Claude Duvanaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Harmoniques (ondes électriques)

Radiofréquences

Amplificateurs haute fréquence

Résumé

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse concernent l'analyse et la mise en œuvre d'une technique de linéarisation d'amplificateurs de puissance destinés aux terminaux de radiocommunication mobiles. Après avoir montré les conséquences du comportement non linéaire de l'amplificateur sur le spectre et la qualité du signal transmis, les techniques classiques d'amélioration de la linéarité et du rendement sont présentées. Dans une deuxième partie, une étude sur l'injection de composantes fréquentielles en entrée et/ou en sortie de l'amplificateur a permis de montrer que cette technique permet d'obtenir une amélioration du comportement de l'amplificateur en terme de linéarité. Cette étude nous a conduit à la mise en oeuvre d'une technique de linéarisation basée sur l'injection de composantes fréquentielles basse fréquence et d'intermodulation d'ordre 3. La troisième partie décrit l'architecture retenue, c'est à dire un amplificateur à deux étages dont le premier étage est utilisé afin de générer les composantes d'intermodulation. Pour des niveaux faibles de la puissance de sortie, l'injection en phase du signal d'enveloppe détecté en sortie permet d'améliorer la linéarité de l'amplificateur. Pour des niveaux plus élevés, l'injection basse fréquence est complétée par un contrôle de la polarisation du premier étage. L'injection d'IMD3 permet de maintenir la linéarité à un niveau important. La combinaison des deux méthodes a permis d'améliorer la linéarité de l'amplificateur de 10 à 15 dB sur toute la dynamique de la puissance de sortie.

The aim of this thesis is the analysis and the design of a linearization technique applied to Power Amplifiers for mobile radiocommunications. First, classical linearization and efficiency enhancement techniques and architectures are presented. Then, a study of frequency injection at input and/or at output of the amplifier shows how it can improve the behaviour of the amplifier in term of linearity. This second part highlighted the fact that we can use both low frequency and intermodulation injection in order to linearize an amplifier. The third part of the thesis details the chosen architecture. Intermodulation components are generated by the non linear behaviour of a first stage of a two stages amplifier topology. Correct amplitude and phase are adjusted with gate bias level of the first stage. The low frequency component is detected at the output of the second stage. At low power output levels, low frequency injection does improve the linearity of the amplifier. Between medium output power levels and up to compression, low frequency injection is completed with a dynamic bias level of the first stage. Combination of the two techniques allows an improvement of 10 up to 15 dB of the linearity of the power amplifier for all output power levels