Analyses comportementales et conceptions de circuits actifs non-linéaires, à base de réseaux d'oscillateurs couplés et de modulateurs vectoriels, appliqués à la commande d'un réseau linéaire d'antennes

David Cordeau (1, 2)

1 UP - Université de Poitiers = University of Poitiers
2 XLIM-SRI - Systèmes et Réseaux Intelligents

Dans des domaines tels que la défense ou les transports et pour des applications de type radars et télécommunications, comme la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile (5G), l’orientation du diagramme de rayonnement d’un réseau d’antennes et plus généralement la formation de faisceau sont des techniques largement répandues ou en devenir. Cette synthèse du diagramme de rayonnement s’effectue par une commande de l’amplitude et/ou de la phase des signaux injectés sur chacun des éléments rayonnants qui constitue le réseau. C’est dans ce contexte que nous avons travaillé sur différentes architectures de circuits innovants de commande de réseaux linéaires d’antennes. La première technique consiste à contrôler le gradient de phase entre les éléments adjacents d’un réseau d’OCTs couplés. Ainsi, après une étude théorique permettant d’obtenir les équations non-linéaires décrivant les états de synchronisation des OCTs constituant le réseau, un outil de CAO a été élaboré afin de tracer une cartographie de la zone de synchronisation de deux OCTs couplés. Celle-ci permet de déterminer rapidement les fréquences d’oscillation libre nécessaires à l’obtention du déphasage souhaité. Plusieurs prototypes ont alors été réalisés soit en technologie hybride, soit intégrés en technologie BiCMOS SiGe 0,25 μm. Les résultats obtenus ont été présentés dans ce mémoire et ont permis d’ouvrir des perspectives pour des travaux futurs. La deuxième méthode consiste à employer des modulateurs vectoriels comme déphaseurs actifs permettant ainsi de contrôler l’amplitude et la phase des signaux appliqués sur chaque élément rayonnant du réseau. Ainsi, un démonstrateur, constitué de quatre modulateurs vectoriels associés à quatre antennes « patch », a été réalisé en technologie hybride à une fréquence de 2,4 GHz. Les mesures de diagrammes de rayonnement du réseau d’antennes ont été effectuées en chambre anéchoïque et le potentiel de cette architecture pour la formation de faisceau a largement été démontré et étudié. Enfin, l’étude et la conception d’OCTs à très haute pureté spectrale intégrés en technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 μm et fonctionnant en bande Ku pour des applications de type radiocommunications point-à-point et communications par satellite de type VSAT est traitée dans la dernière partie de ce mémoire. Ainsi, une architecture tout à fait originale utilisant les avantages d’un montage cascode ainsi qu’un résonateur à trois inductances différentielles imbriquées a été proposée. Quatre versions d’OCTs ont alors été conçues et implémentées en technologie BiCMOS SiGe :C 0,25 μm. Les résultats de mesures réalisées sous pointes placent les performances en bruit de phase des OCTs ainsi conçus à l’état de l’art en technologie silicium.

Mots clés: coupled oscillators; vector modulator; Voltage Controlled Oscillator (VCO); Linear antenna arrays; Synchronization; Phase noise; BiCMOS

Mots clés: Réseau linéaire d’antennes; oscillateurs couplés; modulateurs vectoriels; Oscillateurs Contrôlés en Tension (OCT); synchronisation; bruit de phase; BiCMOS.

Domaines: Electronique

David Cordeau. Analyses comportementales et conceptions de circuits actifs non-linéaires, à base de réseaux d'oscillateurs couplés et de modulateurs vectoriels, appliqués à la commande d'un réseau linéaire d'antennes. Electronique. Université de Poitiers - Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées, 2018. ⟨tel-02356271⟩