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La croissance des t´el´ecommunications dans les 20 derni`eres ann´ees, a vu l’apparition de nombreux standards, et ainsi une saturation de plusieurs bandes de fr´equences. Une des solu-tions `a cette saturation est de disposer de sources de fr´equence les plus pures possibles, pour ne pas gˆener le ”voisin”, et ´egalement d’occuper le moins de bande possible pour un canal de transmission. Ainsi, le besoin en sources `a haute ou tr`es haute puret´e spectrale est croissant, et celles-ci doivent ˆetre de plus en plus performantes pour palier `a l’augmentation des diff´erents standards utilisant la mˆeme bande de fr´equence (comme par exemple le Bluetooth et le Wifi) ou encore `a une demande croissante en r´ef´erences ultra stables (comme par exemple pour la m´etrologie, les r´ef´erences de temps ou encore des radars `a haute sensibilit´e).
Le travail pr´esent´e dans ce manuscrit s’inscrit dans ce cadre. En effet, nous avons pr´esent´e les diff´erents param`etres `a prendre en compte pour cr´eer des sources les meilleures possibles en terme de puret´e spectrale. Une premi`ere ´etape passe par une mod´elisation fine des composants utilis´es dans ces sources. Nous avons vu que l’un des principaux composants dans ces circuits ´etait le transistor servant d’amplificateur de boucle. Sa performance en bruit de phase va en effet ˆetre la principale contribution au bruit de phase de la source. Ceci est vrai quelque soit la topologie d’oscillateur consid´er´ee, oscillateur en r´eflection ou en transmission.
Ce manuscrit a donc d´ecrit en d´etail les diff´erentes ´etapes importantes pour une mod´elisation non-lin´eaire en bruit pr´ecise de transistors hyperfr´equences et plus particuli`erement des transis-tors bipolaires TBH SiGe. En effet, ce type de composant s’av`ere constituer une des meilleures solutions en terme de performance en bruit de phase r´esiduel.
Le chapitre 1a donc d´ecrit la premi`ere ´etape n´ecessaire `a cette mod´elisation de composants. Nous avons pr´esent´e dans ce chapitre les diff´erents types de bruit existants dans les composants actifs. Ce chapitre a ´egalement mis en ´evidence les diff´erentes techniques de mesures du bruit de phase. En effet, notre manuscrit s’est plus particuli`erement ax´e sur ce type de bruit, car c’est celui ci qui fixe la performance en puret´e spectrale des sources. Ce chapitre nous a servi de point de d´epart dans notre ´etude sur la mod´elisation des composants actifs. L’importance de la technique de mesure est d’autant plus grande que les composants sont performants.
Le chapitre2, a pr´esent´e diff´erents types de mod´elisation en bruit de transistors TBH SiGe. L’utilisation de sources extrins`eques en bruit permet de bien d´ecrire le bruit de phase des composants actifs en fonction de la puissance d’entr´ee RF appliqu´ee sur l’entr´ee du composant. Cette mod´elisation a par contre le d´esavantage de n’ˆetre valable que pour une configuration fix´ee de charge HF du composant, comme nous l’avons expliqu´e dans ce chapitre 2. C’est pour cette raison que nos travaux nous ont amen´es `a nous int´eresser `a un autre type de mod´elisation. Un mod`ele bas´e sur des sources de bruit intrins`eques non-lin´eaires a donc ´et´e impl´ement´e. Cette technique de mod´elisation nous parait mieux appropri´ee en vue d’une optimisation d’oscillateur car elle est `a la fois plus proche du fonctionnement physique du composant et elle devrait ˆetre ind´ependante du circuit dans lequel elle est utilis´ee. De plus, cette technique de mod´elisation, bien qu’inspir´ee d’approches r´ecemment publi´ees, est novatrice car bas´ee sur une extraction
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originale des sources de bruit men´ee en pr´esence du signal hyperfr´equence. Nous avons pu d´emontr´e que cette technique ´etait efficace pour plusieurs modes de polarisation, et ´egalement efficace dans le cas d’un changement de puissance `a l’entr´ee du transistors. N´eanmoins, d’autres investigations plus pouss´ees sont n´ecessaires pour valider cette technique pour d’autres types de composants, ainsi que dans des conditions de charge plus complexes. Malgr´e cela, nous avons pu d´emontrer que cette technique ´etait tr`es prometteuse pour mod´eliser en bruit les transistors TBH SiGe. Cette mod´elisation permettra `a l’avenir de mieux appr´ehender le bruit de phase des amplificateurs, et ainsi, concevoir des amplificateurs `a faible bruit de phase pour les sources `a tr`es haute puret´e spectrale.
Le chapitre3, pr´esente la conception d’un tel amplificateur. Cet amplificateur constitue une d´emonstration de la possibilit´e de concevoir des amplificateurs `a tr`es faible bruit de phase en bande X. Il pourra ˆetre utilis´e pour interroger une horloge `a c´esium, par exemple, ou pour r´ealiser une source `a haute puret´e spectrale pour un radar. Pour obtenir de meilleures perfor-mances, il est possible de refroidir ces composants `a la temp´erature de l’azote liquide, ainsi que le r´esonateur de l’oscillateur. Les niveaux de bruit de phase qui r´esulteraient de la r´ealisation d’un tel syst`eme seraient extrˆemement faibles.
Dans le chapitre4, une ´etude de nouveaux composants que sont les r´esonateurs pi´ezo´electriques micro-usin´es a ´et´e men´ee. Cette ´etude d´emontre la possibilit´e d’utiliser de tels composants pour concevoir des sources int´egr´ees de bonne puret´e spectrale.
Les travaux de mesure et de mod´elisation en bruit en r´egime non-lin´eaire pr´esent´es dans cette th`ese sont compl´ementaires et applicables `a diff´erents types de sources micro-ondes. Nous avons ´egalement d´emontr´e que ces r´esonateurs pr´esentent des non-lin´earit´es, ainsi qu’un niveau de bruit de phase en 1/f, non n´egligeables qui devront ˆetre pris en compte lors d’une conception de circuit int´egrant de tels composants. Malgr´e tout, ce type de r´esonateur est tr`es prometteur pour une application d’oscillateur int´egr´e, grˆace `a leurs faibles dimensions et leur fort facteur de qualit´eQ.
Nous esp´erons qu’ils pourront ˆetre mis `a profit pour optimiser ces sources, qu’il s’agisse de syst`emes m´etrologiques, de radars ou de syst`emes de t´el´ecommunications, et qu’ils contribueront `a am´eliorer la performance de ces syst`emes grˆace `a des approches rigoureuses de simulation du bruit de phase des oscillateurs.