Etude en fonction de la puissance appliquée sur la voie OL

La première étape consiste à caractériser le mélangeur complet en fonction de la puissance OL appliquée à l'entrée du diviseur de puissance OL. Cette étude est menée en utilisant les fréquences nominales d'utilisation du système, à savoir une fréquence de 19 GHz pour le signal OL et une fréquence de 20 GHz pour le signal RF. Elle va nous permettre de connaître la puissance à appliquer à l'entrée du diviseur OL afin d'optimiser le gain de conversion, le facteur de bruit ou la linéarité de la caractéristique en puissance relative au signal RF. Les évolutions de ces trois caractéristiques du mélangeur sont représentées sur les graphes de la figure 93 en fonction de la puissance appliquée sur le coupleur OL. Pour le facteur de bruit, nous avons représenté le facteur de bruit en double bande ("Double Side Band Noise Factor"), sachant que cette définition correspond en pratique à celle qui est utilisée lors des mesures.

Le gain de conversion est maximal et vaut pratiquement 29 dB pour une puissance du signal OL de -12 dBm. Connaissant le gain différentiel du coupleur OL étudié précédemment, nous obtenons une puissance d'environ -4 dBm pour le mode différentiel à l'entrée de la voie OL du mélangeur réel, ce qui correspond bien aux résultats que nous avions obtenus lors de l'étude du mélangeur seul.

20 22 24 26 28 30 -24 -20 -16 -12 -8 -4 Puissance OL (dBm) G a in de c o nv er s io n ( d B ) 2 3 4 5 -24 -20 -16 -12 -8 -4 Puissance OL (dBm) OP 1d B (dB m ) 8 9 10 11 12 13 F a c teur de b rui t ( d B ) OP1dB DSB NF

Figure 93: Gain de conversion, facteur de bruit du mélangeur et point de compression en sortie en fonction de la puissance du signal OL.

5.1.1 Facteur de bruit et gain de conversion

Le facteur de bruit du système est minimisé pour une puissance OL d'environ -20 dB et vaut environ 9,1 dB. Ce résultat est tout à fait correct. Il peut cependant être encore amélioré lorsque l'on observe les évolutions des gains relevées pour les différents étages du mélangeur complet, représentées sur la figure 94, qui sont en effet représentatives des modifications apportées par les interconnexions inter-étage.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -24 -20 -16 -12 -8 -4 Puissance OL (dBm) Ga in s ( d B ) ^{Gain RF} GainMIX GainFI

Figure 94: Gain des différents étages du mélangeur complet en fonction de la puissance du signal OL.

L'adjonction des interconnexions entre les coupleurs et le mélangeur a modifié les impédances d'entrée et de sortie connectées sur ce dernier, modifiant ainsi les conditions de fermeture considérées lors de l’étude préalable des différents étages séparés.

La désadaptation entre la sortie du coupleur de la voie RF et l'entrée correspondante du mélangeur diminue le gain différentiel du diviseur de puissance RF, ainsi que celui du mélangeur de manière plus conséquente. En effet, une différence supérieure à 3 dB existe entre la valeur maximale du gain de conversion du mélangeur relevée ici et la valeur qui avait été précédemment déterminée, lors de l'étude du mélangeur seul. Outre la désadaptation d'impédance à l'entrée du mélangeur, cette différence est partiellement issue d'un déséquilibre de la structure. Ce problème est abordé et vérifié dans le paragraphe 5.3.

Par ailleurs, nous pouvons noter une diminution de l'impédance dynamique différentielle des sorties du mélangeur, amenant par conséquent une meilleure adaptation d'impédance avec les entrées du combineur de puissance FI. Il en résulte alors une augmentation de près de 6 dB du gain de cet étage par rapport aux résultats de simulation qui avaient été obtenus lors de l'étude du circuit seul. La valeur du facteur de bruit de cet étage n'a pas fait l'objet d'une optimisation particulière. Cette valeur, additionnée à la faible valeur des gains cumulés des deux premiers étages (diviseur RF et mélangeur) contribue ainsi au facteur de bruit du convertisseur de fréquence complet.

5.1.2 Linéarité de la caractéristique en puissance

Pour une puissance du signal OL comprise entre -24 dBm et -10 dBm, le point de compression en sortie du mélangeur complet varie entre 3,5 et 4 dBm.

Pour la plage de puissance OL balayée, le point de compression en sortie du mélangeur seul est toujours supérieur à 0 dBm. Considérant le gain du combineur de puissance FI, les variations du point de compression de la sortie du système complet sont par conséquent exclusivement liées à ce circuit. Des observations sur le cycle de charge de différents transistors ont permis de vérifier cette hypothèse. L'origine de cette modification du point de compression provient des variations de la valeur de l'impédance de sortie du mélangeur en fonction de la puissance du signal OL. Ces variations se répercutent légèrement sur la valeur de l'impédance de sortie du transistor T6 de l'amplificateur différentiel du coupleur FI, modifiant ainsi les conditions à satisfaire sur le réseau passif de sortie du coupleur pour conduire à l'optimum de linéarité du circuit.

5.1.3 Synthèse des caractéristiques électriques du mélangeur complet

Les caractéristiques électriques du mélangeur complet aux fréquences nominales de fonctionnement sont résumées dans le Tableau 7, en considérant les deux modes de fonctionnement que l’on peut extraire des caractéristiques précédentes : modes de fonctionnement faible bruit ou fort gain de conversion.

Caractéristiques ^{Système optimisé} _{en bruit} ^{Système optimisé} _{en gain}

Fréquence du signal OL 19 GHz Fréquence du signal RF 20 GHz Fréquence du signal FI 1 GHz

Puissance du signal OL -20 dBm -12 dBm Gain de conversion 25,6 dB 28,8 dB Facteur de bruit en double

bande latérale ("DSB NF") ^{9,1 dB 11,9 dB} Point de compression en sortie +3,9 dBm +3,7 dBm

OIP3 +15,5 dBm +15,4 dBm Isolation OL/RF 43 dB 38 dB

Consommation < 550 mW

Tableau 7: Caractéristiques électriques du mélangeur complet.

La caractérisation que nous venons de présenter en fonction de la puissance du signal OL a permis d’extraire les deux modes précédents de fonctionnement du convertisseur de fréquence complet. Nous allons maintenant évaluer le comportement du circuit complet en fonction de la fréquence. Cette étude est présentée dans le paragraphe suivant.