Conception, modélisation et caractérisation de cellules de puissance innovantes en technologie MMIC pour des applications spatiales

Design, Modeling and Characterization of MMIC new power cells for Space-Borne Applications

• Auteur / Autrice : Adeline Déchansiaud
• Direction : Raymond Quéré, Raphaël Sommet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bila, Diane Bouw, Michel Campovecchio, François Deborgies, Jean-Michel Nébus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Louis Cazaux, Eric Kerhervé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors

Bande Ku

Amplificateurs de puissance

Mots clés libres

Phemt, gaas, mmic

Résumé

Ce document montre comment améliorer la compacité des amplificateurs de puissance en bande Ku utilisés dans les systémes VSAT en proposant une nouvelle topologie de cellule de puissance élémentaire appelée ≪ cascode intégré ≫. La cellule active est constituée de deux transistors MMIC fabriqués avec la technologie PHEMT GaAs de la filiére UMS PPH25X. Les sources du premier transistor possédent des vias holes qui assurent un gain élevé et une bonne stabilité thermique. De plus, ils permettent une approche distribuée pour la modélisation de la cellule (intégration de composants entre les doigts de grilles) et imposent une parfaite symétrie à la structure. Le nombre de cellules élémentaires peut être ajusté afin de pouvoir délivrer la puissance totale désirée. Le facteur de forme du cascode intégré est de 1 alors que le facteur de forme du transistor correspondant (même développement de grille) est de 4. Cette cellule a été caractérisée et son modèle validé. Elle a permis la conception d’un amplificateur MMIC d´elivrant 2W en bande Ku avec des performances proche de l’état de l’art. Une réduction de la surface totale de l’amplificateur d’environ 40 % a été atteinte.

This report deals with the reduction of Ku-band power amplifiers area used in VSAT equipments. Therefore, a new unitary power cell called ≪ Integrated cascode ≫ has been designed. This new cell is composed of two MMIC GaAs transistors of the UMS PPH25X foundry. The sources of the first transistor exhibit via holes. These via holes ensure a high gain and a good thermal stability. Moreover, a distributed approach can be adopted (components integration between gate fingers). They also allow a perfect symmetry of the structure. The number of unitary cell can be adjusted in order to deliver the global power expected. The shape factor of the integrated cascode is equal to 1 whereas the shape factor of a single transistor with the same gate development is equal to 4. This cell has been measured and its model has been validated. The integrated cascode has been used to design a 2W MMIC Ku-band amplifier. The amplifier area is decreased of 40 %.