CONTRIBUTION TO THE DESIGN AND TO THE REALIZATION OF COMPACT RF POWER TRANSMITTERS. OPTIMIZATION OF THE PERFORMANCES BY A COMBINED APPROACH THERMAL-ELECTROMAGNETISM.
CONTRIBUTION À L’ÉTUDE ET À LA RÉALISATION D’ÉMETTEURS RADIOFRÉQUENCES COMPACTS. OPTIMISATION DES PERFORMANCES PAR UNE APPROCHE CONJUGUÉE THERMIQUE –ÉLECTROMAGNÉTISME.
Résumé
The proposed thesis is about the optimization of miniaturized transmitters modules using the potentials of hybrid multi-layer technologies, such as SoP technology. Firstly, we present a brief state of the art of power transmitters and multi-layer technologies. Then, we present method of experimental characterization for the technology that we have chosen. The development of such compact transmitters requires the best management of the thermal problems associated with the integration. Thus it is suitable to develop high efficiency power amplifiers structures. This development takes into account the current and the future constraints imposed by the development of communication and detection systems. This led us to study and to develop Doherty amplifiers. The achieved results on this type of architecture are similar to the actual state of the art in view of the used transistors. The most cumbersome element in current transmitters is the radiator associated with the power transistor. We show that it is possible to eliminate this radiator using a modified antenna integrated into the module. This antenna is thermally active and is connected to the transistor by a heat sink. This heat sink is placed in weak electromagnetic field zone to minimize its impact on the antenna performance.
Finally, we study the electrical and thermal behaviour of the passive circuits used in the integrated module, then we show the advantage of SoP technology in building highly compact transmitters. In this way, we develop original thermal analysis based on infra-red imaging techniques.
La thèse proposée concerne l’optimisation de modules de puissance miniaturisés utilisant les potentialités des filières technologiques multicouches hybrides de type SoP. Nous faisons dans un premier temps un bref état de l’art sur les émetteurs de puissance et les filières d’intégration pouvant être utilisées pour la réalisation d’émetteurs à forte compacité. Une caractérisation expérimentale de la filière technologique retenue est alors proposée. Le développement d’émetteurs compacts requiert de gérer au mieux les problèmes thermiques associés à l’intégration. Pour cela il convient, dans un premier temps, de développer des structures d’amplificateurs de puissance à haut rendement. Cette étude tient compte des contraintes actuelles et futures imposées aux systèmes de communication et de détection. Ceci nous conduit à étudier et à développer des amplificateurs de puissance de type Doherty. Les résultats acquis sur ce type d’architectures sont à l’état de l’art compte tenu des composants utilisés. Dans les émetteurs actuels, l’élément le plus encombrant est le radiateur associé au composant de puissance. Nous montrons qu’il est possible de supprimer ce radiateur en utilisant l’antenne associée au module, cette antenne étant modifiée pour qu’elle soit thermiquement active et étant reliée au composant par un drain thermique. Celui-ci est placé dans une zone de champ électromagnétique faible afin minimiser son impact sur le fonctionnement de l’antenne.
Enfin, nous étudions le comportement électrique et thermique des circuits passifs entrant dans la construction du module et montrons l’intérêt de l’utilisation de la filière technologique retenue pour aboutir à des modules émetteurs à forte compacité. Pour cela, nous développons des techniques d’analyses thermiques originales s’appuyant sur l’utilisation de l’imagerie infrarouge.
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