High efficiency integrated devices for energy management in futures 5G transmitters
Dispositifs intégrés à très haute efficacité pour la gestion de l’énergie dans les émetteurs de télécommunications de 5ème génération (5G)
Résumé
The 5G mobile telecommunications systems are structured around antenna architectures called massive MIMO (Multiple Input Multiple Output), which allows to connect several users simultaneously with a better connection quality and an optimization of the radiated energy. The MIMO system requires the deployment of array antennas (APAA: Active Phase Array Antenna) that allow directional beamforming in the millimeter wave range (Ka band). In this thesis, two techniques for improving the performance of power amplifiers (ET: Envelope Tracking and APT: Average Power Tracking) are explored through different designs, different types of analysis and experimental characterizations. First, the design of a high efficiency enveloppe tracking PA for sub-6GHz applications is proposed, based on a specific design methodology, original simulations and characterizations. Secondly, the design of an integrated supply modulator, in the context of millimeter PA (Ka band) for MIMO antennas, is proposed using GaN MMIC technology. The transient simulations predict state of the art performances in terms of efficiency and switching speed.
Les systèmes de télécommunications mobiles 5G sont structurés autour d’une architecture antennaire dite massive MIMO (Multiple Input Multiple Output), qui permet de connecter simultanément plusieurs utilisateurs avec à priori une meilleure qualité de connexion et une optimisation de l’énergie rayonnée. Le système MIMO nécessite le déploiement d’antennes réseaux (APAA: Active Phase Array Antenna) qui permettent la formation de faisceaux directifs dans le domaine millimétrique (bande Ka). Dans ces travaux de thèse, deux techniques d’amélioration du rendement des amplificateurs de puissance (ET: Envelope Tracking et APT: Average Power Tracking) sont explorées à travers différentes conceptions, différentes types d’analyses et caractérisations expérimentales. Dans un premier temps, la conception d'un PA à suivi d'enveloppe (ET), haut rendement pour les applications sub-6GHz est proposée, s’appuyant sur une méthodologie de conception spécifique, des simulations et caractérisations originales. Dans un deuxième temps, la conception d’un modulateur de polarisation, dans le contexte des PA millimétrique (bande Ka) pour les antennes MIMO est proposée dans une technologie GaN MMIC. Les simulations temporelles laissent prévoir des performances à l’état de l’art en termes de rendement et vitesse de commutation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)