Conception d’un amplificateur de puissance SSPA et son architecture de combinaison de puissance associée destiné aux télécommunications satellitaires en bande Ka

Design of an SSPA power amplifier and its associated power-combining architecture for Ka-band satellite communications

• Auteur / Autrice : Mouayd Hoari
• Direction : Pierre Blondy, Audrey Philippon-Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 18/07/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Ménudier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Blondy, Audrey Philippon-Martin, Nathalie Deltimple, Jorge Daniel Martinez Perez, Guillaume Gastebois, Philippe Ferrari, Pierre Medrel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Deltimple, Jorge Daniel Martinez Perez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

Nitrure de gallium

Transistors à effet de champ à dopage modulé

Électronique de puissance

Mots clés libres

Combinaison de puissance

Amplificateur de puissance

SSPA

GaN

Power combiner

Power amplifier

SSPA

GaN

Résumé

Ces travaux de thèse concernent le développement d’un amplificateur de puissance à état solide pour des applications de forte puissance destiné aux télécommunications satellitaires en bande Ka. L’amplificateur de puissance est basé sur une architecture de recombinaison radiale à faibles pertes et bonne tenue en puissance. La technique de recombinaison radiale permet une addition de puissance équi-amplitude et équi-phase avec un rendement de combinaison indépendant du nombre des voies combinées. Une étude de l’architecture passive comportant un diviseur de puissance radial quasi-planaire, un combineur de puissance radial volumique ainsi que des transitions RF est proposée. La réalisation et la caractérisation de différents blocs passifs ont permis de démontrer les caractéristiques d’un bon rendement de combinaison et d’une robustesse contre le déphasage entre les amplificateurs élémentaires tout en assurant leur isolation mutuelle pour éviter la propagation de pannes et garantir une dégradation progressive. La caractérisation des amplificateurs de puissance élémentaires en technologie GaN sur SiC ont permis d’estimer leurs performances et de démontrer que la maitrise de l’intégration de ces éléments dans la structure globale de l’amplificateur est indispensable pour atteindre de forts niveaux de puissance.

This work concerns the design and development of a solid-state power amplifier for high-power satellite communications in Ka-band. The power amplifier is based on radial power combining architecture with high combining efficiency and good power handling capabilities. The radial technique allows equi-amplitude and equi-phase power combining, with combining efficiency independent of the number of the combined channels. A study of the passive architecture including a quasi-planar radial power divider, a waveguide radial power combiner and RF transitions is presented. The realization and characterization of the different passive blocks have shown a high power combining efficiency and robustness against phase dispersion between the elementary amplifiers, while ensuring a good isolation, which guarantees a graceful degradation. The characterization of the GaN-on-SiC power amplifiers allowed us to estimate their performance and showed that a special care is needed when integrating these elements into the global structure of the amplifier in order to achieve high power levels.