Dissertations / Theses on the topic 'Systèmes de télécommunications à large bande – Applications industrielles'

L’évolution rapide des communications sans fil et reconfigurables demande des systèmes antennaires avancés qui sont capables de satisfaire des besoins en termes d’agilité des diagrammes, un fort gain et un fonctionnement large bande. Afin de répondre à ces nouveaux besoins, la solution proposée dans cette thèse est basée sur l’ARFFR proposée par le laboratoire XLIM pour obtenir un compromis très intéressant en termes de performances / consommation énergétique / coût. Ces travaux ont notamment été utilisés dans le cadre d’une thèse (2012-2015) pour démontrer la faisabilité sur un premier démonstrateur à base de monopoles à 2.45 GHz en simple polarisation. Dans cette thèse, nous avons visé à introduire ce concept d’ARFFR pour gérer les problématiques des réseaux d'antennes périodiques. Deux axes principaux ont été développés au cours de ces travaux. Le premier axe consiste à montrer l’intérêt de ce concept à gérer la problématique de ROS actif du panneau tout en minimisant le nombre d’accès alimentés au BFN grâce à la présence des charges appliquées aux éléments parasites, sans avoir à rajouter des circulateurs derrière chaque élément rayonnant. La deuxième partie de ces travaux s’intéresse à exploiter les propriétés de ce concept d’ARFFR pour diffuser l’énergie des lobes de réseau en définissant des contraintes sur le niveau de lobes secondaires. Un prototype a été étudié et réalisé permettant de valider expérimentalement les potentialités de ce concept
The fast development of wireless communication led to an increasing demand for new developments on antennas. These developments were backed by an urgent need for more complex architectures due to the need of reconfigurability in terms of frequency, reliability, radiation pattern and power consumption. In order to cover those needs, this work is based on an original reconfigurable antenna with a simplified feed network developed by XLIM laboratory, to offer an attractive tradeoff in terms of performances, complexity and cost. This new architecture is based on previous works from the laboratory (2012-2015) and a first proof of concept working at 2.45 GHz. The work proposed for this PhD is based on the development of this new architecture to manage the problems of periodic antenna arrays. Two main axes were developed during this work. The first axis consists to demonstrate the interest of this concept to manage the active VSWR of each excited element using loads connected to the parasitic elements, avoiding the need for circulators, while reducing the complexity of feed network. The second part of our work is dedicated to illustrating the potentialities of these antennas to reduce the grating lobes, while defining a constraint on the level of sidelobes. A manufactured prototype is presented in order to experimentally validate the potentialities of these antennas

Les travaux présentés s’inscrivent principalement dans le cadre du projet RNRT MUSIC (Monolithic mUlti-Standard Integrated Components). Le but est l’intégration sur un terminal portable d’antennes permettant de recevoir plusieurs standards de télécommunications. Dans la première partie de ce mémoire, l’étude d’une antenne à polarisation circulaire est décrite. Les autres parties ont pour objet l’étude et la réalisation d’antennes à polarisations linéaires pour la téléphonie mobile de 3e génération ? Ces antennes doivent satisfaire des critères (large bande passante, aspect multibande, diagramme de rayonnement omnidirectionnel, encombrement minimum) dont l’association est difficile à mettre en œuvre. Divers procédés sont utilisés pour obtenir ces caractéristiques comme la superposition d’éléments rayonnants, l’ajout de courts-circuits plans ou filaires et l’insertion de fentes à la surface du résonateur. La mise en œuvre simultanée de ces principes a conduit à l’élaboration d’antennes large bande (DCS/PCSUMTS), de prototypes associant deux antennes sur plan de masse réduit pour la couverture des standards GSM/DCS/PCS/UMTS, de structures bibandes large bande, dont notamment une antenne GSM/DCS/PCS/UMTS sur plan de masse réduit. Des études paramétriques ont permis l’interprétation des phénomènes physiques mis en jeun ainsi que l’appréciation de l’influence des différents paramètres. Plusieurs réalisations ont validé les structures issues des outils de simulation
These works are a part of the MUSIC’s (Monolithic mUlti-Standard Integrated Components) project supported by the RNRT. The aim is the integration of small multiband antennas into a mobile handset to receive several communications systems. In the first part of this thesis, the study of a broadband circularly polarised antenna is described. The second part deals with the study ant the realisation of linearly polarisation antennas for the third generation of mobile phone. These elements must satisfy different criterions (broad and multiple bands, omnidirectional radiated field, small size) difficult to obtain simultaneously. Several techniques are used to achieve these characteristics like, stacked resonators, addition of short-circuit, shorting posts and slots. The simultaneous applying of some of these techniques has led to the elaboration of broadband antennas for DCS/PCSUMTS telecommunications standards, of prototypes associating two antennas laid on a small ground plane for GSM/DCS/PCS/UMTS standards, of dual and wide-band structures, especially one realised on a reduced ground plane for GSM/DCS/PCS/UMTS. Parametric studies have allowed the interpretation of physical phenomenon and the estimate of the influence of the different parameters. Several realisations have validated the structures steamed from simulations tools

Ce travail concerne l'étude des antennes, en particulier de forme fractale et la recherche des solutions originales pour leur analyse et leur conception. Ces types d'antennes pourraient permettre la conception d'antennes multibandes pour des applications en télécommunications. Après une étude générale de la méthode des moments, celle-ci a été appliquée à des dipôles, des antennes imprimées ainsi qu'à des antennes fractales naturelles et artificielles. Ensuite, des pondérations ont été introduites au calcul des fonctions de Green. Cette pondération a amené à faire concorder les simulations et les mesures menées sur des prototypes d'antennes bowtie à base de formes préfractales naturelles. Ces prototypes ont montré un fonctionnement satisfaisant sur les bandes GSM, ISM, WiFi, WLAN et WPAN (802.xx).

Ce travail porte sur la conception et la réalisation de photodiodes très haut débit et leur intégration avec un préamplificateur optique à semiconducteur pour les liaisons courtes distances à 100 Gbit/s. La première partie de cette étude a porté sur l’optimisation d’une photodiode UTC pour les liaisons à 100 Gbit/s. L’implémentation d’un champ électrique dans la couche absorbante grâce à un graduel de dopage et l’optimisation d’un guide multimode permet d’obtenir simultanément une responsivité élevée (0,6 A/W à 1,55 µm) avec une très large bande passante (>120 GHz) et un fort courant de saturation (20 MA à 50 GHz). Dans un second temps, l’étude des SOA en technologie shallow ridge et leur comparaison avec les SOA à structure enterrée ont montré l’intérêt d’utiliser un SOA BRS pour le composant intégré SOA-PIN. La conception de la structure d’intégration est ensuite détaillée et son procédé de fabrication présenté. Enfin, la caractérisation des SOA-PIN réalisés a montré simultanément une très forte responsivité (88 A/W), une faible dépendance à la polarisation (<1 dB), un faible facteur de bruit (8,5 dB) et une large bande passante (≈65 GHz) qui placent nos composants au meilleur niveau de l’état de l’art. Des simulations montrent que nos récepteurs présenteraient une sensibilité à 40 Gbit/s améliorée de 2 dB comparée à la concurrence dont les composants sont pénalisés par un facteur de bruit élevé. La sensibilité prévue à 100 Gbit/s est de -18 dBm
This work focuses on the design and fabrication of high speed photodiodes and their integration with a semiconductor optical preamplifier for short reach 100 gbit/s links. The first section of this study is dedicated to the optimization of an utc photodiode for 100 gbit/s links. Due to the implementation of an electric field in the absorption layer, owing to a gradual doping, and the optimization of a multimode waveguide, a high responsivity (0,6 A/W at 1,55 µm), an ultra wide 3-dB bandwidth (>120 ghz) and a high saturation current (20 MA at 50 GHz) are simultaneously achieved. Secondly, the study of shallow ridge soa and their comparison with buried soa show the advantages of BRS soa to realize an integrated SOA-PIN. The design of the integrated component is then presented and its technology is described. Finally, the SOA-PIN characterization demonstrates simultaneously a high responsivity 88 A/W), a low polarization dependence (<1 dB), a low noise factor (8. 5 dB) and a wide 3-dB bandwidth (≈65 ghz), which put our components at the best state of the art level. Simulations show our receivers would present a 40 Gbit/s sensivity improved by 2 dB as compared to competitors which demonstrate receivers with high noise factor soa. At 100 Gbit/s, the soa-pin would reach a high sensitivity of -18 dbm

La technologie ULB est une candidate sérieuse pour les systèmes de communications multimédia haut débit en environnement indoor (WLAN, WPAN). Les antennes associées à ces applications doivent être de faible coût et facilement intégrables. Un état de l'art des structures existantes ainsi que des paramètres les caractérisant dans les domaines fréquentiel et temporel est proposé. Puis un ensemble de descripteurs a été mis en place et testé sur plusieurs antennes. Enfin, la conception d'une antenne triplaque imprimée à larges fentes, alimentée par stub, est exposée ainsi que ses performances. Plusieurs variantes sont proposées : antenne avec plan de masse, filtrante ou de taille réduite. Des mesures fréquentielles et temporelles sont présentées. Parallèlement, il est nécessaire de décrire ces antennes de façon compressée. Une technique de compactage modélisant la hauteur effective temporelle d'une antenne par un lot de pôles / résidus est détaillée (théorie, algorithme mis en œuvre, mesures).

Ce travail concerne la technique de modélisation comportementale adoptée pour les amplificateurs des terminaisons RF des systèmes de communication. L’objectif de la méthode de modélisation proposée est de caractériser et d’intégrer efficacement les effets de mémoire non linéaires des amplificateurs de puissance à l’état solide. Le modèle proposé consiste à combiner sous la forme d’une modulation deux fonction de transfert équivalentes passe bas dérivées des séries de Volterra dynamiques. Les potentialités du modèle sont ensuite évaluées par comparaison entre des simulations circuit et des simulations système. Dans le souci de valider le nouveau model de Volterra à partir de données expérimentales, une modélisation d’amplificateur grâce un banc de mesure d’enveloppe temporelle est présentée
This work deals with a behavioral modeling technique for amplifier used in RF front ends of communication systems. The aim of the proposed modeling approach is to characterize and integrate efficiently the long and short term non linear memory effects which are present in solid state amplifier. The proposed model consists on a combination in a modulation form of two low pass equivalent transfer function derived from dynamic Volterra series. The potentiality of the model are evaluated by a comparison between system level and circuit level simulations. In order to validate the new Volterra model by experimental way, an amplifier modeling by using time domain envelope set up is presented

Ce memoire est consacre a la conception de reseaux d'antennes imprimees large bande a fort gain, pour des systemes de communication haut debit, en bande centimetrique et millimetrique. Les antennes de ces nouveaux systemes doivent etre de plus en plus performantes en terme de largeur de bande (permettant d'assurer le haut debit) et de gain (pour les longues portees). Ces applications souvent dediees au grand public se doivent en plus d'etre peu encombrantes et de faible cout. Les antennes imprimees sont largement sollicitees, mais leurs performances ne repondent que partiellement aux exigences. Les bandes passantes de ces elements (modestes a priori) peuvent etre ameliorees en utilisant un autre resonateur dont la frequence de resonance est proche de l'antenne. L'utilisation de nouveaux materiaux dielectriques, telle que la mousse, de permittivite proche de celle de l'air et de faible tangente de perte, permettent de maintenir de bonnes performances. En tenant compte de ces deux remarques, ce memoire presente alors la mise au point d'un reseau d'antennes imprimees large bande pour une application industrielle en collaboration avec thomson-csf comsys. La bande millimetrique est parfaitement adaptee aux systemes de communications a haut debit, telle que le l. M. D. S. (local multipoint distribution system), meme si la montee en frequence reste toujours un point delicat. Les pertes dans les reseaux d'antennes imprimees sont souvent consequentes, a l'origine d'importantes diminutions des gains de ces aeriens. Ainsi, l'insertion de guide d'ondes (elements tres faibles pertes) pour assurer la distribution de l'energie est presentee dans ce memoire, sur un plan theorique, grace a des outils informatiques performants, telle que la methode fdtd (finite difference time domain).

Cette thèse traite du problème de la synchronisation de porteuse pour la transmission de données entre un satellite géostationnaire et un terminal utilisateur. L'étude menée ici se rapporte plus précisément à des systèmes multimédia large bande exploitant les bandes Ku/Ka. Les systèmes actuellement envisagés se fondent par ailleurs sur des modulations de phase et les normes les plus récentes privilégient des ordres de modulations élevés afin d'augmenter l'efficacité spectrale des systèmes. A faible rapport signal à bruit, les techniques de synchronisation classiques ne sont pas suffisamment performantes pour garantir la qualité de service requise. Les algorithmes proposés dans cette étude se fondent sur le décodage souple d'un code de parité simple pour la synchronisation de phase porteuse. Nous étudions d'abord comment extraire une information de décodage à partir des symboles reçus, et comment l'exploiter lors de la synchronisation de phase. Deux algorithmes de synchronisation issus du maximum de vraisemblance sont déduits de cette approche, le premier fondé sur une boucle de phase et adapté aux transmissions continues, le second sur un estimateur direct et adapté à des transmissions par paquets courts. Les résultats de simulations présentés dans cette thèse sont fondés sur un modèle de transmission inspiré de la norme DVB-S2. Nous montrons que dans un contexte tel que celui de transmissions multimédia par satellite, les algorithmes proposés constituent une alternative intéressante à l'utilisation de symboles pilotes pour l'initialisation d'algorithmes itératifs plus performants.

Depuis plusieurs années, le domaine des télécommunications et des nouvelles technologies connaît un véritable essor. On assiste aujourd'hui à un engouement sans précédent du grand public pour les applications de communication multimédia (données, voix, photos, vidéos) et la demande est de plus en plus forte pour un transfert à haut débit entre des équipements communicants mobiles et à encombrement réduit. De plus, que le mode d'utilisation soit nomade ou sédentaire, les technologies radio sans fils (Bluetooth, WiFi, GPRS, UMTS, WiMax) connaissent un grand succès. Pour répondre à ces besoins croissants de communication sans fils à haut débit, les futures générations d'équipements vont faire appel à des antennes de plus en plus performantes. Celles-ci devront fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences ou sur une large bande. Mais elles devront aussi, pour des raisons pratiques et esthétiques, être intégrées aux systèmes radio, ce qui requiert la mise au point de structures compactes, discrètes et n'ayant pas de problèmes de compatibilité électromagnétique avec les circuits électroniques environnants. Pour répondre à ces différents objectifs, nous avons axé notre recherche sur les antennes tridimensionnelles qui offrent un grand nombre de degrés de liberté. Mais ces structures sont souvent complexes car elles comportent de nombreux paramètres. Afin de mieux les appréhender, nous proposons dans cette thèse d'élaborer une démarche de conception de ces antennes. Ainsi, nous commençons par l'étude systématique d'une antenne canonique constituée d'un dipôle placé à proximité d'une cavité métallique rectangulaire. L'effet des différents paramètres est analysé afin de mettre en évidence l'importance relative de chacun d'entre eux et de proposer ainsi une démarche de conception pour optimiser la bande passante et le rayonnement de l'antenne. Dans un deuxième temps, nous présentons la conception d'une antenne tridimensionnelle compacte, large bande et directive, l'antenne "sonde en F et triangle", qui offre l'avantage de présenter un diagramme de rayonnement stable en fréquence. Puis, fort de l'expérience acquise sur l'antenne dipôle, nous procédons de nouveau à une étude de l'influence sur l'impédance des différents paramètres de cette antenne complexe. Celle-ci permet d'élaborer une méthodologie de conception simple, rapide, efficace et générale. Nous pouvons ainsi optimiser l'antenne "sonde en F et triangle" et atteindre une bande passante en adaptation comprise entre 3.1 et 6.1 GHz. Le diagramme de rayonnement de cette antenne est stable sur la bande passante et le gain moyen de cette antenne est de 6 dB. Une caractérisation dans le domaine temporel est ensuite proposée afin de connaître le comportement de l'antenne dans une communication UWB. Enfin, l'antenne "sonde en F et triangle" est mise en cavité afin d'étudier ses propriétés lors de l'intégration dans un système radio. Des analogies et différences entre cette antenne complexe et le système {dipôle et cavité} sont également mises en évidence.

Les applications radars requièrent aujourd’hui des performances très importantes en termes de puissance émise, de rendement et de bande passante, afin de réduire les coûts et l’encombrement des systèmes radars. Le transistor HEMT GaN est la technologie de puissance qui répond le plus favorablement aux applications radars en bande S. Des amplificateurs de puissance peuvent être désormais réalisés en technologie HEMT GaN de forts développements. Au cours de ces travaux de thèse, une nouvelle méthodologie d’encapsulation des barrettes de puissance GaN a été mise en œuvre afin de passer outre les techniques de conception actuelles limitant l’obtention des performances haut rendement sur de larges bandes passantes. Ainsi, une technique de synthèse de boîtier a permis d’assurer un fonctionnement optimal en rendement de la barrette de puissance GaN sur une large bande passante. Des démonstrateurs ont été réalisés et ont démontré des PAE de l’ordre 60%, associées à des puissances de sortie de 50 W sur une bande passante de 25% (autour de 3. 2 GHz) en bande S. Ces démonstrateurs proposent également une très bonne robustesse à de fortes variations de TOS aux fréquences harmoniques et présentent une surface d’adaptation sur 50 ? inférieure à 0. 7 cm²
Radar applications require more performances in terms of high efficiency, wideband and output power in order to minimize power consumption, system size and cooling. Henceforth, HEMT GaN transistor is the most suitable technology for high power requirements of radar applications in S-Band. The aim of this thesis is to propose a new methodology for power bar packaging in order to overcome usual design techniques that limit both efficiency and wideband performances. Thus, a package design was optimized to obtain an optimal behaviour of the HEMT GaN power bar and to ensure high efficiency on wide bandwidth. Optimized packaged power bars were realized demonstrating 60% PAE with 50 W output power on 25% bandwidth in S-band (around 3. 2 GHz). The robustness of these amplifiers was highlighted. They can withstand very high SWR at the harmonic frequencies without any change in performance. Moreover, dimensions of these optimized packaged power bars are lower than 0. 7 cm²

Les systèmes de transmission non filaire sont trés populaires et se développent rapidement. La demande est trés forte pour augmenter les débits ainsi que la qualité des liaisons alors que le maillage des réseaux se densifie. Dans ce contexte où les ressources spectrales sont limitées, les codes espace-temps (ST) offrent de grandes possibilités d'évolution. Le codage ST permet d'augmenter le débit de transmission au niveau de la couche physique tout en relâchant les contraintes sur le compromis entre la puissance d'émission et le taux d'erreur de décodage. Dans la première partie de cette thèse, des techniques de codage et de décodage ST cohérents ont été appliquées à des réseaux locaux sans fils de type WIFI. Un démonstrateur MIMO 2x2 sur FPGA a été réalisé à partir de la norme IEEE 802. 11A. La seconde partie traite du codage ST non cohérent, où les coefficients du canal sont inconnus au niveau de l'émetteur comme au niveau du récepteur. Une nouvelle famille de codes ST non cohérents utilisant les modulations de fréquence est proposée. Cette solution multi-antennaire permet, par exemple, d'améliorer sensiblement les performances des systèmes bluetooth
Wireless transmission systems are very popular and develop quickly. The demand is very keen to increase data rates and quality of service whereas the networks densify. In this context where the spectral resources are limited, space-time codes (ST) offer great upgrading capabilities. ST coding makes it possible to increase throughput, while slackening the constraints on the compromise between power of emission and error rate. In the first part of this thesis, techniques of coherent ST coding and decoding were applied to wireless local area networks (WLAN) like WIFI. A 2 transmit and 2 receive antennas demonstrator has been implemented on FPGA boards. This 2x2 MIMO solution is based on IEEE 802. 11A standard. The second part deals with non coherent ST coding, where the channel coefficients are unknown at the transmitter and at the receiver. A nex family of not coherent ST codes using frequency modulations is proposed. This MIMO solution allows, for example, to improve significantly the performances of bluetooth systems

Ce mémoire est consacré à la conception de plusieurs types d'antennes fort gain dans le domaine millimétrique et plus précisément aux alentours des 40 GHz. Ces antennes peuvent comporter un aspect large bande lorsque les applications envisagées sont liées à des critères de haut débit. Elles doivent être peu encombrantes et faible coût si elles se trouvent destinées au grand public. La première application détaillée est un réseau d'antennes imprimées carrées alimentées en coin. Il permet d'obtenir un fort gain sur une bande étroite ainsi que deux diagrammes de rayonnement particuliers (en alimentant en phase ou en opposition de phase deux sous-réseaux par l'intermédiaire d'un anneau hybride qui a donné lieu à des études et une réalisation). Une étude de faisabilité du même système dans une version antenne planaire à bande interdite photonique diélectrique montre des résultats probants. Par la suite, dans le cadre d'un projet européen, des dispositifs fort gain et large bande sont adaptés ou mis au point pour des applications grand public (L. M. D. S. ) nécessitant un haut débit (télévision numérique interactive, Internet haut débit. . . ). Des associations d'antennes amènent à répondre à ces critères simultanément. Ainsi, un dispositif existant composé d'une antenne lentille diélectrique excitée par un réseau est adapté à nos exigences. Puis la conception et la validation expérimentale d'une antenne BIP planaire tout diélectrique débouche sur une nouvelle association avec la lentille. Les aspects technologiques liés aux réalisations dans la bande millimétrique ont été décrits pour chaque antenne. Le dimensionnement théorique des structures présentées a été mené grâce à un code de calcul utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel (F. D. T. D)
This report is dedicated to the design of several types of high gain antennas in the millimetre-length domain and more exactly near 40 GHz. Moreover, these antennas can have a broad bandwidth when applications are bound to criteria of high speed data rate. They also have to be cheap and not cumbersome for mass media production. The first detailed application is a square patch (fed and the corner) printed array antenna. It allows to obtain a high gain on a narrow frequency band and two particular radiation patterns (by feeding two sub-arrays in phase or in opposition phase through a hybrid ring, which have led to studies and realization). A feasibility study of the same system in a photonic band gap planar antenna version shows convincing results. Afterward, within the framework of an European project, high gain and broadband sytems are adapted or designed for mass media applications (L. M. D. S. ). Requiring high speed data rate (interactive digital television, high speed data rate Internet). Associations of antennas bring to answer these criteria simultaneously. So, an existing system consisted of a dielectric lens antennas lens excited by a patch array antenna is adapted to our requirements. Then, the design and the experimental validation of a dielectric PBG planar antenna lead to a new association with the lens antenna. The technological aspects met with the realizations in the millimetre-length band were described for each antenna. The theoretical dimensioning of the presented structures was realised with a calculation code using the Finite Difference in Temporal Domain method (F. D. T. D. )

La croissance sans cesse de la demande des débits de données élevés durant ces dernières décennies, soutenue par le déploiement des réseaux optiques permettant un débit de l’ordre de plusieurs Gbit/s a conduit naturellement vers l’intérêt de développement des applications à 60 GHz dans les réseaux locaux. Des normes telles que l’IEEE 802.15.3c et IEEE 802.11ad pour la transmission sans fil en bande millimétrique ont été proposées. A de telles fréquences, les pertes en espace libre sont très élevées et les ondes radios ne traversent pas les murs. Les liaisons radio sur fibre (RoF), utilisées comme déport optique d’une pièce vers une autre, permettent ainsi la distribution des signaux très haut débit dans toute la maison ou dans l’ensemble du bâtiment, en palliant le défaut de faible distance de propagation en espace libre. L’accès, par la modélisation des circuits électriques équivalents de chacun des composants du système considéré, à la simulation de ces systèmes RoF permet une optimisation du système en termes de qualité de transmission. Ainsi, les caractéristiques optiques et électriques des composants constituant les systèmes RoF sont étudiées et analysées conjointement ce qui offre la possibilité de la conception de circuits intégrés photonique-RF. Cette thèse concerne l’étude et simulation des liaisons RoF à l’aide de circuits électriques équivalents de composants photoniques. Cette étude est destinée aux applications sans fil à 60 GHz de grande bande passante permettant un très haut débit de transmission. La technique de modulation d’intensité directe ou externe et détection directe est privilégiée à une fréquence intermédiaire afin d’assurer la simplicité et le bas coût du système. Le signal radio est ensuite transposé sur une porteuse dans la bande 60 GHz. Dans un premier temps, pour valider les modèles des circuits électriques équivalents développés, les caractéristiques mesurées des composants optoélectroniques sont comparées aux résultats de simulation. Ensuite, l’étude de caractérisation est menée à l’échelle système par analyse des paramètres analogiques comme le gain, le bruit et non-linéarité. La dynamique de différentes liaisons RoF peut ainsi être déterminée. La transmission des signaux numériques complexes de type OFDM est finalement réalisée par une méthode de co-simulation numérique/analogique. La qualité de transmission est étudiée par évaluation de l’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) des constellations des signaux numériques. L’étude est effectuée et validée dans un premier temps conformément à la norme ECMA-368 dédiée à la bande centimétrique et ensuite étendue à la bande millimétrique conformément à la norme IEEE 802.15.3c. Pour finir, l’effet du canal en espace libre à 60 GHz est considéré afin d’analyser la transmission de bout en bout
The growth continually demand of higher data rates in recent decades, supported by the deployment of optical networks allowing a flow of the order of several Gbit/s naturally leads to application development interest on 60 GHz local networks. Standards such as IEEE IEEE 802.15.3c and 802.11ad for millimeter-band wireless transmission have been proposed. At such frequencies, the free space loss is very high and the radio waves do not penetrate walls. The radio over fiber links (RoF), used as optical link from one room to another and enable the distribution of high-speed signals throughout the home or throughout the building, overcoming the failure for low distance free space propagation. Access, by modeling the electrical equivalent of each component of the system considered circuits, simulation of the RoF systems enables optimization of the system in terms of transmission quality. Thus, the optical and electrical characteristics of components of RoF systems are studied and analyzed together which offers the possibility of designing integrated photonic-RF circuits. This thesis concerns the study and simulation of RoF links using electrical equivalent circuits of photonic components. This study is intended for wireless applications at 60 GHz of bandwidth for a high transmission rate. The modulation technique of direct or external intensity and direct detection is preferred at an intermediate frequency in order to ensure simplicity and low cost of the system. The radio signal is then transposed onto a carrier in the band 60 GHz. First, to validate the models developed electrical equivalent circuit, the measured characteristics of optoelectronic components are compared with simulation results. Then, the characterization study is conducted to the scale by analysis of analog parameters such as gain, noise and non-linearity. The dynamics of different RoF links can thus be determined. Transmitting OFDM complex digital signal is finally achieved by a method of digital / analog co-simulation. The transmission quality has been studied by evaluation of the magnitude of the error vector (EVM) constellations digital signals. The study is conducted and validated as a first step in accordance with the ECMA-368 standard dedicated to the centimetric band and then spread to the millimeter band from IEEE 802.15.3c standard. Finally, the channel effect in free space at 60 GHz is considered to analyze the transmission end to end

L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain
Power amplifier is one of the most critical element within radiocommunications systems. The PA is their main source of nonlinearities and it has a great contribution on the emitter's power consumption. Running the PA with highest power efficiency is thus as crucial as having it linear for a good communication quality. However these two specifications of the PA are antagonistic and PA manifacturers need to find a compromise between linearity and power efficiency. Digital Predistortion (DPD) and Crest factor Reduction techniques are intended to improve power efficiency while preserving linearity or inversely. Linearization of wideband RF power amplifiers using Digital Predistortion is the focus of this thesis. Three DPD issues are investigated in these works. The first issue deals with multiband linearization where signals with various waveforms located at different frequency bands are amplified. The second objective of this thesis is to study a concurrent DPD/CFR systems based on an automatic estimation of the necessary CFR gain. The last part of this dissertation deals with PA linearization under antenna load variations. Indeed, the impedance of antenna may vary because of electromagnetic objects that are present in its vicinity. Those impedance variations may instigate signal reflections toward the PA, that modify some of its main specifications (linearity, delivered power and efficiency). Our goal in this field is to preserve DPD linearization performances under antenna load mismatch

Le monde des transports constitue un acteur majeur du développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication afin d'améliorer l'efficacité, les performances et la sécurité des déplacements en optimisant l'usage des infrastructures et en contribuant ainsi au développement durable. Certains de ces besoins demandent des liaisons bidirectionnelles haut débit et robustes. Les techniques "multi-émetteurs, multi-récepteurs" (MIMO : Multiple-Input, Multiple-Output) offrent de telles caractéristiques. Elles reposent sur l'utilisation conjointe d'un réseau d'antennes à l'émission et à la réception. Elles permettent une amélioration des débits ou de la robustesse sans augmenter les puissances d'émission et les bandes de fréquences allouées. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'utilisation des techniques MIMO pour des applications dans les transports publics (autobus urbains ou métros). Notre travail de recherche s'est tout particulièrement orienté vers la connaissance et la modélisation du canal de propagation MIMO afin de disposer des outils adaptés lors de l'analyse des performances d'une chaîne de transmission MIMO. Comparativement aux techniques SI80 (Single-Input, Single-Output), les techniques multi-antennes exploitent la dimension spatiale du canal de propagation caractérisée par la corrélation spatiale. Dans le cas d'un système MIMO à NT antennes d'émission et NR antennes de réception, il est possible de mettre en évidence plusieurs canaux de propagation indépendants qui correspondent à des modes de propagation "propres" associés aux trajets des signaux entre l'émetteur et le récepteur. Le nombre de ces "modes propres" dépend du degré de corrélation entre les NT. NR canaux SISO élémentaires
La pertinence d'un modèle de canal MIMO dépend donc de sa capacité à traduire le degré de corrélation dans le canal. Différents types de modèles de canal MIMO sont présentés dans ce mémoire: les modèles déterministes et les modèles stochastiques. Nous insistons plus particulièrement sur les principes de' construction des modèles stochastiques parce qu'ils ne demandent pas une description de l'environnement et qu'ils sont simples d'utilisation. Ils sont fondés sur le calcul de la corrélation dans le canal. Ces modèles de canal sont comparés à partir de mesures réalisées dans différents environnements, un tunnel de métro et deux environnements "indoor". L'influence des différents environnements sur la capacité d'un canal MIMO est présentée. Il ressort de cette comparaison que les modèles qui décrivent le mieux le comportement du canal MIMO quel que soit l'environnement sont ceux qui reposent sur la matrice de covariance du canal qui permet de prendre en compte de façon intrinsèque à la fois la puissance et la phase des coefficients du canal. La transmission d'un flux vidéo issu d'un système de vidéo surveillance à l'intérieur d'un bus vers un poste de contrôle distant est simulée sous Matlab. Les différents algorithmes implémentés sont décrits et nous rappelons leurs performances. Le meilleur modèle de canal identifié est appliqué sur des mesures réalisées en environnement semi-urbain. Nous montrons le gain apporté par les systèmes MIMO sur les débits ou la robustesse de la liaison sans fil et l'influence des caractéristiques du canal de propagation sur les performances

Ces dernières années ont vu un fort engouement pour les télécommunications haut débit (>100Mbit.s-1) conjuguant réseaux ad hoc et réseaux traditionnels. Cependant, à 60 GHz en milieu confiné, ces types de réseaux sont confrontés aux problèmes de propagation multi-trajets et d’évanouissements. Une des solutions pour lutter efficacement contre ces problèmes est le développement d'antennes à agilité de faisceaux à base de MEMS RF. Dans ce cadre, l’objectif de ce travail a été de réaliser et de mettre à profit conjointement les performances des micro-commutateurs MEMS RF capacitifs et de nouvelles structures d'antennes. Néanmoins, la maturité de ces dispositifs MEMS RF n’est pas encore atteinte, et des problèmes liés à la fiabilité du diélectrique ou encore à la fiabilité mécanique ne sont pas complètement résolus. Ainsi, afin d’améliorer leur durée de vie, l'étude se focalise dans un premier temps sur l’optimisation de la contrainte mécanique de la membrane et sur la compréhension des propriétés des différents nitrures de silicium amorphes hydrogénés SiNx : H, élaborés par PECVD, au travers de caractérisations optique, structurale et électrique. Le deuxième volet de ce travail, concerne la conception, la réalisation et la caractérisation de nouvelles structures d’antennes millimétriques excitées par une ligne coplanaire CPWFA (CPW Fed Aperture). La conception de l’élément rayonnant suspendu sur un packaging de type level 0 permet en particulier de protéger les MEMS RF de leur environnement et d’assurer leur bon fonctionnement. Ces antennes, développées sur un procédé « wafer Scale Packaging », offrent d’une part de bonnes performances en termes d’efficacité (>80%), de polarisation (circulaire, linéaire ou mixte) et d’autre part une encapsulation collective bas coût. Ces dispositifs réalisés sur GaAs Haute Résistivité (HR) pour une intégration monolithique compatible au procédé « above IC » permettent d'entrevoir un grand nombre d’applications télécoms et CND
We have seen recently a great interest in high data rate (>100 Mbit s-1) indoor Local Area Networks combining ad hoc and more traditional networks. However, at 60GHz in a confined environment, theses networks pose issues due to multipath effects and fadings. One solution to combat effectively against these problems is the development of band beam agility antenna based RF-MEMS. In this context, the objective of this thesis was to make and to use jointly the performances of fabricated capacitve RF-MEMS (MicroElectroMechanical System) switches and new antenna structures. However, the maturity of these RF MEMS devices is not yet realised, and problems related to the dielectric reliability or mechanical reliability are unsolved. Thus, in order to improve their lifetime, this study focuses at first on optimizing the mechanical stress of membranes and understanding the properties of various films of hydrogenated amorphous silicon nitrides SiNx : H, elaborated by employing plasma enhanced chemical vapor deposited (PECVD) techniques evaluated through optical, structural and electrical experimental results. The second part of this work concerns the design, fabrication and characterization of new antennas millimeter wave excited by a coplanar line CPWFA (CPW Fed Aperture). The design of the radiating element suspended on packaging Level 0 allows in particular RF MEMS to ensure a good behaviour in a real environment. These antennas, developed on a process “Wafer Scale Packaging” propose, an excellent performance in terms of efficiency (>80%), polarization (circular,linear or mixed) and also overall wafer-level packaging at low cost. These systems fabricated on high resistivity (HR) GaAs substrate for a compatible monolithic integration of an “above IC” type process offers great potential for many telecommunications applications and others e.g. non distructive testing (NDT)

La filière HEMT Métamorphique de part ses performances, apparaît très prometteuse pour les applications d'amplification pour les modules émetteur et récepteur des systèmes de télécommunications optiques longue distance et haut débit (50 Gbit/s). En effet, elle présente de bonnes performances en terme de bande passante (Ft > 160 GHz), de tenue en tension (> 8 V) et permet des possibilités de contrôle de gain efficace. Ce travail de recherche s'est déroulé dans le cadre du projet RNRT HEMERODE. Il a consisté à étudier expérimentalement les dysfonctionnements (effets parasites) liés au fonctionnement du MHEMT sur l'ensemble des structures disponibles. Un mécanisme d'ionisation par impact qui contribue à l'effet de coude (kink effect) et qui influe sur le lieu de claquage des transistors au travers de courants de grille en excès élevés a été observé. Une comparaison des résultats en fonction de la structure (simple ou double canal) et du recess de grille a été reportée. Les tensions de claquage en mode passant et en mode bloqué ont été mesurées et se sont avérées faibles, compte tenu de la forte influence du mécanisme d'ionisation par impact. Les MHEMT ont également été évalués en terme de mécanisme de piégeage/dépiégeage. Des mesures de gate-lag et de drain-lag ont mis en évidence la présence de pièges dont les signatures typiques de l'AlInAs ont été trouvées par mesure de relaxation isotherme. Ensuite, nous avons modélisé électriquement les différents effets parasites (excès de courant de grille, effet de kink, gate-lag et drain-lag) relevés lors des mesures expérimentales et les lieux de claquage des transistors. Ces modèles ont été développés à l'aide du logiciel ADS
Metamorphic HEMT, regarding its performances, appears very promising for amplification applications for the transmitter and receiver modules of long distance and high bit rate (50 Gbit/s) optical systems of telecommunications. Indeed, it presents good performances in term ofbandwidth (Ft∼160 GHz), ofbreakdown voltage (8 V) and allows possibilities of effective gain control. This research bas been developed within the framework of project RNRT HEMERODE. First, it consisted in studying, experimentally, the misfunctioning (parasitic effects) related to the operation of the MHEMT on the whole of the structures available. An impact ionisation mechanism, which contributes to the kink effect and influences the breakdown areas of the transistors because of excess gate current, was observed. A comparison of the results according to the structure (simple or double channel) and of the gate recess was reported. The "on-state" and "off-state" breakdown voltages were measured and appear to be weak, because of the strong influence of the impact ionization mechanism. The MHEMT were also evaluated in term of trapping/detrapping mechanisms. Measurements of gate-lag and drain- lag highlighted the presence of traps of which typical signatures of AlInAs were found by isothermal drain current relaxation experiments under gate filling pulses. Then we modelled the various parasitic effects (excess gate current, kink effect, gate-lag and drain-lag) obtained by experimental measurements and security area model of the transistors was defmed. These models were developed using ADS® software

Pour atteindre avec la 4G des débits théoriques supérieurs à 100 Mb/s et espérer pouvoir multiplier par 20 l’efficacité énergétique des futurs réseaux 5G, toute la richesse du canal de propagation doit être exploitée. Cet axe de recherche innovant d’optimisation de la couche physique de la communication se base sur la caractérisation multidimensionnelle « temps réel » du canal. Cette notion de "temps réel" signifie que toutes les dimensions spatiales (à l'émission et à la réception), temporelle, fréquentielle et polarimétrique seront explorées simultanément pour s'assurer des conditions de stationnarité du canal pendant la mesure. Le sondeur associé, objet de la thèse, doit également être capable de s’adapter à différents scénarii de propagation, y compris à un contexte de haute mobilité pour une liaison sol-sol entre trains à grande vitesse par exemple. Le système qui a ainsi été développé à l'aide de composants numériques programmables, fournit avec un temps de latence inférieur à quelques dizaines de µs et sans post traitement, 128 fonctions de transfert associées à un canal MIMO (8,16) dans 80 MHz de bande, la durée du signal transmis étant de 150 µs. Sa reconfigurabilité aisée lui confère l'originalité d'être multi fonctions pour s'adapter aux challenges à venir. Citons par exemple la cybersécurité des communications sans fil pour laquelle l'équipement aura les rôles de système de communication, de générateur d'interférences et de sondeur de canal.Dans le cadre de la localisation, via leur téléphone portable de personnes situées en forêt, les résultats des campagnes de mesures menées avec le sondeur soit au sol, soit embarqué dans un ULM, sont également décrits
To be able to reach a bit rate higher than 100Mb/s with 4G systems and to multiply by 20 the energy efficiency of future 5G networks, all the propagation channel richness must be exploited. This innovative research area dealing with the physical layer optimization is based on the multidimensional channel characterization in "real time". This concept of “real time” means that space, time, frequency and polarimetric dimensions are explored simultaneously to ensure stationarity conditions of the channel during measurements. The channel sounder, subject of the thesis, must also be able to adapt to different scenarios of propagation, including a context of high mobility as, for example, in the case of a communication between high-speed trains. The system that has been developed, based on programmable digital components, allows measuring in a 80Mz bandwidth, 128 transfer functions associated with a (8,16) MIMO channel in less than a few tens of µs and without post-processing. The duration of the transmitted signal is 150 µs. Another originality of this sounder is its easy reconfigurability and its multi-function ability. For example, for studying cyber security of wireless communications, it would play the role of communication system, interference source and channel sounder. In the frame of localization of people in forest owing to their mobile phone, results of channel characterization conducted with the sounder placed either on the ground, or in an ULM, are also described and analyzed

L'intérêt pour les antennes multi-bandes ne fait que croître, en particulier dans le but de réduire le nombre d'antennes bord et sol en associant plusieurs applications sur une même antenne. La plupart des antennes multi-bandes publiées dans la littérature présentent des fréquences de fonctionnement corrélées et par conséquent les rapports entre ces fréquences ne sont pas indépendants et aisément contrôlables. De plus, aux différentes fréquences de fonctionnement, les diagrammes de rayonnement de ces antennes sont souvent peu semblables et difficilement modifiables. Dans ce contexte, une nouvelle topologie d'antennes multi-bandes possédant des rapports de fréquences de résonance indépendants et aisément ajustables est proposée. Le dimensionnement simple des éléments rayonnants de cette antenne lui confère l'avantage d'être flexible, c'est à dire qu'elle peut être facilement modifiée pour satisfaire d'autres applications ou bandes de fréquences. L'antenne est constituée de quatre éléments rayonnants identiques imprimés sur les quatre faces d'une pyramide. Le fonctionnement multi-bande (ou reconfigurable) de l'antenne est obtenu à l'aide de trappes (ou d'interrupteurs radiofréquences (RF)). Le chargement original de l'antenne pyramidale par un guide d'onde sous coupure a permis la réduction voire le contrôle du rayonnement arrière. L'antenne rayonne une polarisation circulaire ou linéaire en fonction des différentes amplitudes et phases qui alimentent les quatre éléments. Une architecture originale de circuit d'alimentation permettant d'alimenter l'antenne pyramidale multi-bande pour l'obtention d'une diversité de polarisation circulaire (droite / gauche) est également décrite. Enfin, des applications en radionavigation et en télémesure de l'antenne pyramidale multi-bande incluant des simulations électromagnétiques et des mesures ont permis la validation du concept proposé.

L'objectif de cette thèse est de souligner l'importance de l'abstraction de la couche physique (PHY abstraction) dans l'évaluation des systèmes LTE (Long Term Evolution). Cette thèse propose une approche pragmatique pour l'utilisation de PHY abstraction dans les simulateurs des systèmes LTE. PHY abstraction est un outil très important pour l'évaluation des systèmes LTE à grande échelle car il est efficace, pratique et à complexité réduite . Dans cette thèse, nous prouvons que, à part son objectif principal et qui consiste à fournir un indicateur instantané de la qualité de liaison pour l'évaluation du système, le PHY abstraction peut aussi: améliorer le feedback de l'indicateur sur la qualité de canal (CQI) en se basant sur les différentes configurations d'antennes, et la prédiction de la performance des réseaux LTE en se basant sur des mesures de canal réelles. Cette thèse est principalement divisée en deux parties: méthodologies et applications. La première partie présente la conception complète et la méthodologie de validation des systèmes de captage PHY pour différentes configurations d'antennes correspondant à des différentes modes de transmissions en LTE. La validation est effectuée en utilisant des simulateurs de niveau de liaison. Nous soulignons aussi les astuces de calibrage nécessaires pour que la production PHY soit précise dans la prédiction de la performance de capacité réalisant turbo-codes
The main focus of this thesis is to highlight the importance of PHY abstraction for the system level evaluations in the framework of 3GPP Long Term Evolution (LTE) networks. This thesis presents a pragmatic approach towards the use of PHY abstraction in LTE based system level simulators. PHY abstraction is an extremely valuable low complexity tool for efficient and realistic large scale system evaluations. This thesis shows that apart from the primary purpose of PHY abstraction of providing instantaneous link quality indicator for the purpose of system level evaluations, it can be further used for an improved channel quality indicator (CQI) feedback based on the different antenna configurations and for the performance prediction of LTE networks based on the real life channel measurements. This thesis is mainly divided into two parts; methodologies and applications. The first part presents the complete design and validation methodology of PHY abstraction schemes for various antennaconfigurations corresponding to different transmission modes in LTE. The validation is performed using link level simulators and it also highlights the calibration issues necessary for the PHY abstraction to be accurate in predicting the performance of capacity achieving turbo codes

Avec la croissance actuelle du marché des applications de transfert de données multimédia à très haut débit, les bandes de fréquences autour de 60 GHz sont une nouvelle alternative promettant des performances intéressantes en terme de débits mais soulèvent des défis techniques et technologiques au niveau des architectures et circuits. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse, qui propose une approche multi bande impulsionnelle MBOOK avec un récepteur à détection d'énergie, et qui analyse plus spécifiquement les verrous au niveau de l'émetteur. L'étude du canal de propagation à 60 GHz, basée sur les modèles de canaux du standard IEEE 802.15.3c, a permis de démontrer la potentialité de cette architecture et permet d'atteindre des débits de 2 Gbps à 2metres dans un environnement de type résidentiel. Le dimensionnement de l'architecture ainsi que des performances des principaux blocs ont conduit à plusieurs possibilités pour l'architecture de l'émetteur MBOOK à 60 GHz. Les critères ont été d'assurer un compromis performances, consommation. Une étude approfondie sur l'étude des imperfections de certains blocs critiques et l'impact sur l'impulsion transmise, et donc sur les performances du système ont été établies. Le banc de filtres, nécessaire à l'émission et à la réception, représente l'un des verrous, et nous proposons une solution de filtrage à base de lignes couplées. L'étude des solutions de génération d'impulsions, des étages de commutation, et des étages d'amplification de l'émetteur sont détaillées et discutées dans les deux derniers chapitres

Cette thèse porte sur l’analyse et la conception de générateurs de fréquence millimétrique à faible bruit de phase destinés à des applications de communication sans fil de très haut débit sur une technologie BiCMOS 0.25m. Spécifiquement, des applications backhauling sont visées sur le protocole de communication P2P (point-to-point), pour un système de radio hétérodyne (à faible fréquence intermédiaire) approprié pour les bandes entre 30–38GHz et de faible profondeur de modulation (2-3 bits /symbole). Une étude rigoureuse du comportement du bruit de phase en 1/f2 d’un oscillateur contrôlé en tension (du type paire différentielle croisée) en fonction de la fréquence d’oscillation est développée. Des facteurs essentiels pour la conception de ces oscillateurs tels que la plage de fréquence et la charge de la paire croisée sur le résonateur sont pris en compte dans l’analyse. L’étude révèle que lorsque la fréquence augmente, l’oscillateur passe à travers deux régimes d’opération différents, ici appelés région QL-limited et région QC- limited, qui résultent de la dépendance du facteur de qualité du résonateur à sa partie inductive (pour les basses fréquences d’oscillation) et sa partie capacitive (pour les hautes fréquences d’oscillation). De plus, l’impact de la plage de fréquence sur l’évolution du bruit de phase en 1/f2 a été considéré en utilisant un circuit classique à base d’un varactor et d’un condensateur du type MiM. Des équations simples et précises ont été calculées pour les paramètres du circuit afin d’obtenir une fréquence centrale souhaitée avec la variation de la capacité requise. Pour ce circuit, il a été démontré (et vérifié à travers des simulations du circuit) que le pire scénario du facteur de qualité peut être associé à la constante de temps d’un condensateur. Ce dernier a permis d’estimer aisément le facteur de qualité minimal de la partie capacitive du résonateur LC de l’oscillateur, pour une plage de fréquence donnée, en fonction de la fréquence d’oscillation. D’une manière similaire, et basée sur une analyse à petit signal, la constante de temps de la capacité de sortie de la paire croisé a été déterminée. Notamment cette constante de temps présente un comportement constant sur une large gamme de fréquences, ce qui permet d’évaluer facilement son facteur de qualité. Cette étude fournit les bases théoriques qui permettent l’évaluation du bruit de phase en 1/f2 d’une source de signal basée sur un oscillateur en mode fondamental, super-harmonique ou sous-harmonique. En effet, la supériorité des oscillateurs sous-harmoniques est démontrée et des équations simples sont proposées pour déterminer la performance maximale et les conditions dans lesquelles elles peuvent être atteintes. Enfin, un système de génération de signal est ainsi conçu et vérifié par des mesures sur un prototype. Le système est composé d’un VCO sous-harmonique suivi d’un tripleur de fréquence (ILFT) –verrouillé par injection. Le circuit est implémenté sur une technologie SiGe:C BiCMOS 0.25 m. Le tripleur implémente une configuration à émetteur commun, polarisé en courant, qui exploite la seconde harmonique du VCO afin d’améliorer l’efficacité de la génération du signal responsable de verrouiller le ILFT. A 30.8 GHz, le système atteint un bruit de phase de -112 dBc/Hz à 1MHz d’offset. La consommation totale de courant est de 38mA pour une tension d’alimentation de 2.5V. Un deuxième prototype a été réalisé pour un système de génération multibande, offrant ainsi trois sorties RF à 18 GHz, 34GHz et 68 GHz. Avec une plage de fréquence de 10% (mesurée par rapport à la fréquence centrale) pour chaque sortie RF. Le bruit de phase mesuré à 1MHz d’offset est respectivement de -113dBc/Hz, -107dBc/Hz et -100dBc/Hz
This thesis deals with the analysis and design of Low phase Noise Local-Oscillator(LO) sources suitable for backhauling applications on the frequencies 30-38GHz. The LO is intended to be used in a low-IF architecture for low order modulations (2-3 bits/symbol). This work was developed in collaboration with NXP Semiconductorsat CAEN, France, within the project RF2THz of the European program CATRENE.The original contributions in this work include a rigorous study of the 1/f2 phasenoise characteristics of the VCO (bipolar cross-coupled pair Voltage-Controlled-Oscillator) with the oscillating frequency. Key factors in the design of VCOs such as tuning range and the tank load given by the cross-coupled pair are considered in the analysis. The study reveals that as the frequency scales, the VCO passes through two different zones, named the QL-limited and the QC-limited region, that results from the dependence of the resonator quality factor on its inductive part (for low oscillating frequencies) and its capacitive part (for high oscillating frequencies). Moreover, the impact of the tuning range on the 1/f2 phase noise evolution was captured by using a classical circuit based on an AC-coupled varactor and a MiM capacitor. Simple and accurate equations were derived for the circuit parameters in order to achieve a desired central frequency with the required capacitance variation. For this circuit, it is demonstrated (and verified through circuit simulations) that the lowest quality factor scenario can be associated to the time-constant of a lossy capacitor. The latter allows to estimate easily the minimum quality factor of the capacitive part of the VCO LC tank, for a given tuning range, as a function of the oscillating frequency. In a similar way, and based on a small signal analysis, the time-constant of the output capacitance of the bipolar cross-coupled pair was derived. Interesting, this time constant shows a constant behavior over a wide frequency range, thereby allowing to estimate easily its quality factor. This study set the bases for an analytical framework that enables the evaluation of the 1/f2 phase noise performances of local oscillator sources working either on fundamental,super-harmonic or sub-harmonic mode. The superiority in terms of 1/f2 phase noise of local oscillators based on sub-harmonic oscillators is thus demonstrated and simple equations are derived to determine the maximum performance and the conditions on which this can be achieved. Finally, a signal generation system intended for a low-IF point-to-point fixed radio system in the Ka-Band band is thus designed and verified through prototype measurements.The system is composed by a sub-harmonic VCO followed by an injectionlocked frequency tripler (ILFT) and it is designed in a 0.25m BiCMOS SiGe:C technology. The ILFT implements a cascode current-biased common emitter configuration that exploits the second harmonic of the VCO to enhance the efficiency in the generation of the injecting signal responsible for the ILFT locking. At 30.8GHz, the system achieves a phase noise of -112dBc/Hz at 1MHz offset. The total current consumption is 38mA for a supply voltage of 2.5V. A second prototype is designed for a multiband LO generation, providing thus three RF outputs at 18GHz, 34GHz and 68GHz. With a measured tuning range of 10% for each RF output, the measured phase noise at 1MHz is -113dBc/Hz, -107dBc/Hz and -100dBc/Hz respectively

Les systèmes de communication mobiles permettent l’utilisation de l’information en environnements complexes grâce à des dispositifs portables qui ont comme principale restriction la durée de leurs batteries. Des nombreux efforts se sont focalisés sur la réduction de la consommation d’énergie des circuits électroniques de ces systèmes, une fois que le développent des technologies des batteries ne avance pas au rythme nécessaire. En outre, les systèmes RF sont généralement conçus pour fonctionner de manière fixe, spécifiés pour le pire cas du lien de communication. Toutefois, ce scénario peut se produire dans une petite partie du temps, entraînant ainsi en perte d’énergie dans le reste du temps. La recherche des circuits RF adaptatifs, pour adapter le niveau du signal d'entrée pour réduire la consommation d'énergie est donc d'un grand intérêt et de l'importance. Dans la chaîne de réception radiofréquence, l'amplificateur à faible bruit (LNA) se montre un composant essentiel, autant pour les performances de la chaîne que pour la consommation d'énergie. Au cours des dernières décennies, des techniques pour la conception de LNAs reconfigurables ont été proposées et mises en oeuvre. Cependant, la plupart d'entre elles s’applique seulement au contrôle du gain, sans exploiter Le réglage de la linéarité et du bruit envisageant l'économie d'énergie. De plus,ces circuits occupent une grande surface de silicium, ce qui entraîne un coût élevé, ou NE correspondent pas aux nouvelles technologies CMOS à faible coût. L'objectif de cette étude est de démontrer la faisabilité et les avantages de l'utilisation d'un LNA reconfigurable numériquement dans une chaîne de réception radiofréquence, du point de vue de la consommation d'énergie et de coût de fabrication
Mobile communication systems allow exploring information in complex environments by means of portable devices, whose main restriction is battery life. Once battery development does not follow market expectations, several efforts have been made in order to reduce energy consumption of those systems. Furthermore, radio-frequency systems are generally designed to operate as fixed circuits, specified for RF link worst-case scenario. However, this scenario may occur in a small amount of time, leading to energy waste in the remaining periods. The research of adaptive radio-frequency circuits and systems, which can configure themselves in response to input signal level in order to reduce power consumption, is of interest and importance. In a RF receiver chain, Low Noise Amplifier (LNA) stand as critical elements, both on the chain performance or power consumption. In the past some techniques for reconfigurable LNA design were proposed and applied. Nevertheless, the majority of them are applied to gain control, ignoring the possibility of linearity and noise figure adjustment, in order to save power. In addition, those circuits consume great area, resulting in high production costs, or they do not scale well with CMOS. The goal of this work is demonstrate the feasibility and advantages in using a digitally controlled LNA in a receiver chain in order to save area and power
Os sistemas de comunicação móveis permitem a exploração da informação em ambientes complexos através dos dispositivos portáteis que possuem como principal restrição a duração de suas baterias. Como o desenvolvimento da tecnologia de baterias não ocorre na velocidade esperada pelo mercado, muitos esforços se voltam à redução do consumo de energia dos circuitos eletrônicos destes sistemas. Além disso, os sistemas de radiofrequência são em geral projetados para funcionarem de forma fixa, especificados para o cenário de pior caso do link de comunicação. No entanto, este cenário pode ocorrer em uma pequena porção de tempo, resultando assim no restante do tempo em desperdício de energia. A investigação de sistemas e circuitos de radiofrequência adaptativos, que se ajustem ao nível de sinal de entrada a fim de reduzir o consumo de energia é assim de grande interesse e importância. Dentro de cadeia de recepção de radiofrequência, os Amplificadores de Baixo Ruído (LNA) se destacam como elementos críticos, tanto para o desempenho da cadeia como para o consumo de potência. No passado algumas técnicas para o projeto de LNA reconfiguráveis foram propostas e aplicadas. Contudo, a maioria delas só se aplica ao controle do ganho, deixando de explorar o ajuste da linearidade e da figura de ruído com fins de economia de energia. Além disso, estes circuitos ocupam grande área de silício, resultando em alto custo, ou então não se adaptam as novas tecnologias CMOS de baixo custo. O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade e as vantagens do uso de um LNA digitalmente configurável em uma cadeia de recepção de radiofrequência do ponto de vista de custo e consumo de potência