Amplificateur de puissance pour réseaux phasés d’antenne 5G multi-bande en technologie ST CMOS065SOIMMW

Abstract

Les télécommunications mobiles, afin de subvenir à leurs insatiables besoins, trouvent des moyens d’améliorer leurs capacités depuis maintenant plus de trente ans. En 2019 la cinquième génération (5G) est à l’épreuve afin de garantir une connexion non seulement au marché des téléphones mobiles toujours croissant, mais aussi au vaste univers de l’internet des objets (IoT). Afin de pouvoir remplir ses objectifs, la 5G marque une expansion sans précédent en matière de bandes de fréquences utilisées. En effet, des bandes jusqu’à 60 GHz et plus font partie des ambitions du réseau et cela implique de radicaux changements technologiques qui impactent toute l’électronique dédiée. Nouvelles fréquences plus élevées, pertes de propagation dans l’air plus élevées et niveau d’exigences relevé, les réseaux phasés d’antenne sont introduits pour pallier à toutes ces contraintes et imposent une toute nouvelle architecture système et une interface inédite pour les front-end RF des communications mobiles.Dans ce travail, nous proposons donc une analyse de ces réseaux d’antennes phasés et des contraintes qu’ils représentent en particulier pour les amplificateurs de puissance (PA), tel que la variation de charge parasite et le comportement des composantes générées par le comportement non-linéraire de ces derniers. Une évaluation de la variation de charge active due aux différents couplages existants dans les réseaux d’antennes est proposée ainsi que de son impact sur la performance des amplificateurs notamment en termes d’efficacité (PAE). Le comportement des non-linéarités telles que les produits d’intermodulation du troisième ordre (IMD3) est montré dans les réseaux d’antennes. Un concept utilisant le principe de génération et d’orientation de faisceau des réseaux d’antennes est proposé, permettant de relâcher les contraintes de linéarité des amplificateurs 5G et ainsi de permettre une réduction de leur consommation d’énergie. Une implémentation d’un PA utilisant ce principe est démontrée en technologie ST CMOS 65 nm PD-SOI à 28 GHz.