Système de détection vectorielle « on wafer » pour l'étalonnage sous pointes de système NVNA avec signaux modulés

On wafer vectorial Detection System dedicated to the on wafer calibration of non linear Vector Network Analyzer with modulated signals

• Auteur / Autrice : Néjem Ben-youssef
• Direction : Denis Barataud, Guillaume Neveux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et ingénierie pour l'information
• Date : Inscription en doctorat le 30/11/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : XLIM SRF - Systèmes Radio-Fréquences

Mots clés

Mots clés libres

Détection

Microwave

Non linéaire

Instrumentation

Modulation

Démodulation

Detection

Microwave

Non-linear

Instrumentation

Modulation

Demodulation

Résumé

Les systèmes de communications ne cessent de progresser et imposent aux technologies radio une montée en fréquence millimétrique pour assurer un débit convenable, décongestionner le spectre radio et réduire le plus possible leur empreinte écologique. Tout ceci passe par la conception d'amplificateur de puissance en bande millimétrique satisfaisant un bon compromis rendement/ linéarité en présence de signaux modulés. Ainsi, il est nécessaire de caractériser et modéliser précisément, les transistors HEMT GaN en présence de signaux modulés. Cette montée en fréquence nécessite alors des mesures non-linéaires de type NVNA sous pointes « on wafer » de composants actifs, sur une grille de fréquence correspondant aux signaux modulés actuels. A notre connaissance, l'étalonnage en puissance sous pointes des NVNA en mode CW mono-harmonique ou multi-harmonique est réalisé grâce à des détecteurs de puissance connectorisés. L'étalonnage en phase sous pointes des NVNA en mode CW multi-harmonique est actuellement réalisé à l'aide de HPR. Les 2 techniques précédentes nécessitent une procédure complexe de calibrage faisant intervenir un plan d'étalonnage connectorisé supplémentaire, ce qui dégrade la précision de mesure finale. Seul le générateur étalon Keysight U9361C permet de réaliser un étalonnage en amplitude et phase sur une bande de modulation avec une grille de fréquence fine, mais ce dispositif est connectorisé et adapté pour les analyseurs de signaux vectoriels/analyseur de spectre, et non pour les NVNA. A l'heure actuelle, quelques publications montrent des travaux intéressants concernant l'étalonnage de puissance absolue sous pointes. L'utilisation de détecteur de puissance de type bolométrique sous pointes est réservée pour des signaux de type CW ou très lentement variables en raison des constantes de temps thermique du capteur. Les détecteurs de puissance utilisant les non-linéarités quadratiques d'un transistor CMOS, permettent l'étalonnage en puissance absolue sous pointe d'un NVNA en mode CW uniquement. De récents travaux en photonique concernant l'étude de récepteurs cohérents de type Kramers-Kronig, montrent qu'il est possible de retrouver la phase d'un signal modulé en configuration SSB (Single Side Band) avec porteuse, à partir de la détection de puissance par photodiode de ce même signal et des relations de causalité de Kramers-Kronig.

Communications systems are constantly progressing and require radio technologies to increase their frequency to millimeter wave to ensure suitable Modulation Rate, decongest the radio spectrum and reduce their ecological footprint as much as possible. All this requires the design of a millimeter-band power amplifier satisfying a good efficiency/linearity trade-off in the presence of modulated signals. Thus, it is necessary to precisely characterize and model GaN HEMT transistors in the presence of modulated signals. This frequency increase requires non-linear measurements with calibrated 'on wafer' NVNA of active components, using a frequency grid corresponding to the current modulated signals. To our knowledge, the peak power calibration of NVNAs in mono-harmonic or multi-harmonic CW mode is carried out using connectorized power detectors. Actually, phase calibration of NVNAs in multi-harmonic CW mode is currently performed using HPR. The 2 previous techniques require a complex calibration procedure involving an additional connectorized calibration plane, which degrades the final measurement accuracy. Only the Keysight U9361C standard generator can perform an amplitude and phase calibration on a modulation band with a grid of fine frequency, but this device is connectorized and suitable for vector signal analyzers/spectrum analyzer, not for NVNA. Recently, some publications show interesting works concerning absolute power on wafer calibration. The use of a bolometric type on wafer power detector is reserved for CW type signals or very slowly variable signals due to the thermal time constants of the sensor. Power detectors using non-linearities of CMOS transistors, allow the on wafer calibration in terms of absolute power of an NVNA in CW mode only. Recent work in photonics concerning the study of coherent receivers of the Kramers-Kronig type, show that it is possible to find the phase of a signal modulated in SSB configuration (Single Side Band) with carrier, from the detection of power per photodiode of this same signal and Kramers-Kronig causality relationships.