Modèle prédictif de transistor HEMT pour la simulation précise de l'intermodulation à très bas niveau de puissance et aux hautes fréquences : évaluation des performances en linéarité de différentes filières technologiques pHEMT AsGa

Anew HEMT model allowing accurate IM3 intermodulation distortion simulations at low output power and high frequency range : linearity performances study of different pHEMT AsGa technology process

• Auteur / Autrice : Julien Lhortolary
• Direction : Michel Campovecchio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique des hautes fréquences et optoélectronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommunications -- Recherche

Amplificateurs de puissance

Ondes décamétriques

Transistors à effet de champ

Mots clés libres

Hemt

Intermodulation

Modélisation

Résumé

Aujourd’hui, la conception d’amplificateur de puissance intégrés hautes fréquences à forte linéarité, fonctionnant avec un fort recul de puissance par rapport à la puissance de saturation, est devenue un enjeu majeur pour les applications de télécommunications modernes. Malheureusement, aux hautes fréquences et pour de faibles puissances de sortie, la plupart des modèles de transistor HEMT actuels engendrent des simulations erronées. D’intermodulation car leurs non-linéarités sont issues, soit de mesures non pulsées de paramètres S en un point de polarisation DC donné, soit de mesures RF basses fréquences. Dans ce manuscrit, nous proposons une méthode de modélisation de transistor HEMT basée sur des mesures I/V pulsées et de paramètres S pulsées permettant la prédiction précise de l’IM3 aux hautes fréquences et pour de faibles puissances de sortie. Une étude approfondie de la génération de l’IM3 aura aussi permis de mettre en avant les phénomènes d’interactions complexes existants entre les différents éléments non-linéaires intrinsèques d’un transistor de type HEMT et notamment le rôle prépondérant de la capacité Cgd sur les mécanismes de génération de l’IM3. Finalement, une étude comparative détaillée de 6 filières de transistors pHEMT AsGa, issues de 3 fonderies différentes, basée sur des mesures load-pull 2 tons à 10GHz aura permis de sélectionner de deux filières de transistors (PPH15 et PP15-20) pour la réalisation d’applications de télécommunications fortement linéaires en bande Ku.

Today, confident design of highly linear high-frequency MMICs is of primary concern in modern telecommunication systems. Unfortunately, at high frequencies and low output power, accurate prediction of intermodulation distortions fails with most of the available HEMT models due to nonlinearity extractions based on CW S-parameter measurements at DC bias points or low RF frequency measurements. In this manuscript, we propose a suitable HEMT model, extracted from pulsed I/V and pulsed S-parameter measurements over a wide frequency range, which allows accurate intermodulation distortions prediction at both high frequencies range and for low output power. Careful IM3 generation analysis has been undertaken. Complex interaction phenomenon involving each transistor’s intrinsic non-linear elements have been demonstrated and the role of the capacitance Cgd have been shown to be of primary concern. Finally, a comparison study of 6 different pHEMT GaAs foundry process based on 10GHz 2-tons load pull measurements is presented. This study have point out 2 foundry process (PPH15 and PP15-20) suitable for highly linear high frequency MMIC design.