Chapitre 3 Circuits élémentaires du système de formation de
3.2 Emetteur intégré en bande sub-millimétrique
3.2.7 Résultats de l’émetteur V1
Le schéma bloc de l‟émetteur présenté sur la Figure 3.10 utilise les sous-blocs décrits précédemment. Ce paragraphe présente les résultats de la première version de l‟émetteur mesurée sous pointes. La Figure 3.63 présente le schéma du banc de mesure.
Figure 3.63 : Schéma du banc de mesure de l‟émetteur intégré en bande sub-millimétrique.
Deux synthétiseurs de fréquence sont utilisés pour la génération du signal de verrouillage (LO), et le signal bande de base (IF). Les tensions de polarisation et d‟alimentation sont générées par une source de tension pilotée par Labview. Un mélangeur en bande J est placé en sortie afin de pouvoir visualiser le signal RF sur l‟analyseur de spectre. La Figure 3.64 montre une photographie du circuit et du banc de mesure.
Figure 3.64 : Photographie du circuit et du banc de mesure.
Pointe GSGSG 100µm 67
Pointe DC SGSGSG/SSSSSS
Source de tension Pilotage Labview Synthétiseur
1MHz à 5 GHz
Câble coaxial RG 178
Analyseur de spectre R&S FSU67 Synthétiseur
50 GHz (PSG)
Pointe GSG 50µm WR3.4
Mélangeur bande J Signal d’injection
verrouillage
Pointe RFGSG
LO
IF RF
Injection
RF IF
Oscillateur
Doubleur
Balun Mélangeur Ampli. IF
822 μm
915 μm
VCC doubleur VCC G
G Amp VCC G TRP
Vbias doubleur Vbias
mixer Vbias
INJ Vbias
TRP Vbias amp2
Vbias
amp1 Synthétiseur
(AGILENT PSG)
Analyseur de spectre 67 (R&S)
mixer bande J (x16) (RPG 220-325 GHz)
WR 3.4 Coaxial V (1.8 mm)
Source de tension DC
108
Le circuit occupe une faible surface de 0,75 mm2 (822 x 915 μm2). Tout d‟abord, des mesures statiques sont réalisées afin de s‟assurer du bon fonctionnement des transistors. La caractéristique de chaque bloc est tracée. La Figure 3.65 montre le courant de drain en fonction de la tension de polarisation pour chaque bloc du circuit.
Figure 3.65: Courant de drain en fonction de la tension de polarisation: (a) 1eramplificateur IF, (b) 2ème amplificateur IF, (c) doubleur de fréquence et (d) oscillateur triple-push.
D‟après cette figure, les mesures de courant correspondent bien aux simulations, sauf pour le courant de l‟oscillateur qui a un fonctionnement atypique. Un décalage de la tension seuil apparait. Les causes n'ont pu être identifiées malgré plusieurs rétro-simulations. MLe fonctionnement des transistors est cependant correct, et l‟ordre de grandeur de la puissance consommée est cohérent avec la simulation.
Ensuite les mesures des paramètres S à l‟entrée et à la sortie de l‟émetteur sont réalisées.
La Figure 3.66 (a) présente le coefficient de réflexion en fonction de la fréquence (DC 1 GHz) avant de poser pointes DC, dons sans polarisations. La mesure correspond à la courbe obtenue en simulation. La Figure 3.66 (b) présente après avoir posé pointes DC, où elles sont connectées à la source de tension via des câbles coaxiaux (RG-178 : longueur de 1 m).
On remarque des effets parasites sur la courbe en noir. En modélisant le câble coaxial et en ajoutant son modèle dans la simulation, on obtient le même comportement qu‟en mesure (Figure 3.66 (c)). En effet, le circuit est sensible aux parasites causés par les câbles et pointes.
Le découplage n‟est pas suffisant surtout en basse fréquence. La Figure 3.66 (d) montre le paramètre en sortie pour différentes tensions de polarisation. La sortie est adaptée ( entre 225 et 300 GHz.
Mesure Simulation
Mesure Simulation
Mesure Simulation
(a) (b)
(c) (d)
Mesure Simulation
109
Figure 3.66 : Paramètres S de l‟émetteur en fonction de la fréquence : (a) côté entrée IF sans poser les pointes DC, (b) en posant les pointes DC et en présence des câbles coaxiaux lors de la mesure, (c) en posant les pointes DC et en présence des câbles
coaxiaux lors de la mesure et dans la simulation et (d) côté sortie RF.
La puissance en sortie et le gain en puissance en fonction de la puissance d‟entrée
, sont présentés sur la Figure 3.67 pour deux fréquences différentes.
(a) (b)
Figure 3.67 : Puissance en sortie et gain en puissance en fonction de la puissance d‟entrée : (a) et (b) . Pour la Figure 3.67 (a) les fréquences sont : ce qui conduit à un signal en sortie ayant une fréquence . De manière similaire, pour la
Fréquence (GHz) Fréquence (GHz)
Mesure avec coax
Simulation avec coax
Mesure Simulation
Fréquence (GHz) Fréquence (GHz)
Mesure Simulation
Sans pointes DC
Avec pointes DC Mesure
avec coax Simulation
Avec pointes DC
(a) (b)
(c) (d)
Mesure Simulation
Mesure Simulation
110
Figure 3.67 (b) , conduisant à une fréquence en sortie
. D‟après ces figures, les mesures et les simulations montrent un bon accord pour les deux fréquences . La puissance en sortie est de -30 dBm environ avec -22 dB de gain en puissance. La Figure 3.68 (a) et (b) présente le gain , respectivement en fonction de la fréquence et de la fréquence .
(a) (b)
Figure 3.68 : Gain en puissance de l‟émetteur : (a) en fonction de la fréquence et (b) en fonction de la fréquence .
La figure (a) donne une indication sur la bande passante (à -3 dB) qui vaut 4 GHz environ.
La figure (b) montre la transposition du signal bande de base à la fréquence RF, en montrant ainsi les deux bandes latérales (LSB et USB) autour de la porteuse.
la puissance générée en sortie et le gain en puissance sont faibles, du fait que cette architecture n‟intègre pas d'amplificateur de puissance pour amplifier le signal en sortie du mélangeur. Les pertes de conversion élevées du mélangeur passif limitent également les performances de l‟émetteur. En effet pour une puissance fixe, le niveau de puissance à la sortie RF dépend principalement du point de compression du mélangeur qui est faible.
Néanmoins, le gain en puissance dans la zone linéaire peut être amélioré en optimisant les amplificateurs IF et en minimisant simplement les interconnexions entre les blocs. En effet, La Figure 3.69 montre la photographie du circuit avec un « zoom » sur les voies LO et IF à l‟entrée du mélangeur.
Figure 3.69 : photographie du circuit qui montre les connexions supplémentaires sur les voies LO et IF.
USB LSB
IF LO
Mélangeur Sortie
oscillateur
Sortie amplificateurs IF
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Des connexions ont été nécessaires entre la sortie de l‟oscillateur et le mélangeur, et également entre la sortie des amplificateurs IF et le mélangeur. D‟après l‟analyse des résultats de mesures, et plusieurs rétro-simulations, ces connexions semblent être la cause principale du faible gain en sortie.