PERFORMANCES SIMULÉES 171

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 0 1 Boucle 1 Boucle 2 Zone critique

FIGURE 128 – Exemple de résultats du test du Γ-Probe.

puissance est la moins bonne, donc nous devrons limiter la puissance réel- lement utilisée dans le système complet.

Dans sa version de test sous 50 Ω, la puissance mimimale n’est en re- vanche que de 71 W, à cause des pertes liées à l’adaptation 50 Ω de sortie. Cette puissance réduite n’aura aucun impact sur le système définitif qui utilisera directement les entrées 2,5 Ω du combineur de puissance. L’ap- proche consistant à utiliser des impédances d’entrée de 2,5 Ω pour obtenir de meilleures performances est donc validée. On notera également la place que prend cette adaptation.

Le système complet n’a pas encore été assemblé, mais il est possible de combiner les résultats de simulation des nouveaux modules d’amplifi- cation et les mesures du combineur de puissance. Lafigure 130montre la puissance de sortie totale que devrait produire le dispositif complet.

La puissance de sortie générable à priori est supérieure à 400 W CW de 1 à 6 GHz. Sur une bande passante plus réduite, la puissance disponible est de 600 W CW de 1 à 3 GHz, et atteint même les 800 W CW sur une fréquence. Le combineur de puissance, dans sa version définitive, devrait avoir une tenue en puissance de seulement 380 W CW. Mais cette limitation ne concerne pas la puissance crête. Ainsi, il est possible d’obtenir toute la puissance crête si l’on travaille avec un rapport cyclique plus faible, typiquement 50 %. Or, beaucoup d’applications n’ont pas besoin d’emettre en permanence.

172 MODULES D’AMPLIFICATION ÉLÉMENTAIRES 0 2 4 6 8 10 0 50 100 150 200 Fréquence[GHz] Puissanc e de sortie [W ] Sortie sous 2,5 Ω Adaptation 50 Ω

FIGURE 129 – Puissance de sortie simulée de l’amplificateur.

Nous avons au final un dispositif capable de produire une puissance pul- sée supérieure à 400 W crête, avec un rapport cyclique supérieur à 50 %, sur une bande passante de 1 à 6 GHz. Cette puissance atteint 600 W de 1 à 3 GHz et même un pic de 800 W à une fréquence. Les limitations en puissance CW sont principalement dues au combineur, ce qui indique des perspectives d’amélioration. 0 2 4 6 8 10 0 200 400 600 800 Fréquence[GHz] Puissanc e de sortie [W ]

C O N C L U S I O N E T P E R S P E C T I V E S

Afin d’obtenir de fortes puissances, il est nécessaire de combiner effica- cement les puissances de plusieurs sources élémentaires. Les solutions ac- tuelles ne permettent pas d’avoir simultanément de faibles pertes, une forte bande passante et l’isolation des entrées entre elles. De plus, les combi- neurs ont habituellement leurs entrées sous l’impédance standard de 50 Ω, éloignée de l’impédance de sortie des transistors GaN. Nous avons déve- loppé dans cette thèse un combineur de puissance innovant qui peut four- nir une solution a tous ces problèmes.

La suite de l’étude consiste à terminer la conception des modules d’am- plification élémentaires et à les intégrer avec le combineur de puissance. Nous espérons arriver à terminer tout ceci pour la version finale de ce ma- nuscrit de thèse.

Néanmoins, la solution présentée ici est loin d’être idéale. En particulier, ce combineur de puissance reste difficile à fabriquer, et ses pertes peuvent encore être améliorées. Une idée pour améliorer ces deux points consiste- rait à tenter une approche hybride entre une solution planaire et une so- lution spatiale. Ceci serait une suite intéressante de l’étude. Une tentative ratée de combineur planaire, qui n’a pû être présentée dans ce manuscrit faute de temps, sera présentée dans la version finale du manuscrit.

Mais surtout, l’approche actuelle pour générer des fortes puissance montre ses limites. La tendance est aux transistors de plus en plus gros et puissants, donc difficiles à adapter en impédance. Leurs puissances aboutissent à des combineurs de plus en plus difficiles à calculer, concevoir, simuler et fabri- quer, dans le but d’avoir le plus de puissance possible. Le connecteur de sor- tie a de plus en plus de difficultés à tenir la puissance, et il faut même parfois plusieurs connecteurs de sortie. Le ou les câbles sont aussi de plus en plus gros, pour tenir cette puissance, ce qui pose des problèmes liés à leur rigi- dité, surtout lorsqu’ils aboutissent à une antenne mobile. L’antenne ou les antennes doivent également tenir la puissance, ce qui les rend grosse, donc difficile à déplacer. Sauf si l’on utilise un réseau d’antennes, qui va d’abord diviser la puissance que l’on a eu beaucoup de mal à combiner, puis des déphaseurs qui auront du mal à tenir le kW sur plusieurs octaves de bande passante.

Les fabriquants de transistors GaN se vantent tous d’avoir des transis- tors surpuissants, générant plusieurs kW/mm2_{, mais la compacité finale est}

100x plus faible à cause de l’adaptation d’impédance, du combineurs, et la dissipation thermique reste problèmatique. Nous avons donc les défauts de la compacitié et les défauts de l’encombrements, réunis en une synthèse harmonieuse.

174 MODULES D’AMPLIFICATION ÉLÉMENTAIRES

Cette approche montre d’autant plus ses limites que les applications évo- luent. Les besoins en linéarité sont de plus en plus poussés. Or, la linéarité est très difficile à obtenir sur de gros transistors. Les réseaux d’antennes ne sont plus seulement des diviseurs de puissance reliés à un paquet d’an- tenne, assorti d’un contrôle de phase pour faire varier l’orientation du fais- ceau. Les dispositifs modernes ont de plus en plus tendance à envoyer dif- férents signaux aux différentes antennes, pour faire du multiplexage spa- tial. Au lieu de combiner les puissances de plusieurs sources élémentaires, pourquoi ne pas relier chaque source à son antenne?

Il y aura toujours des applications qui nécessiteront d’avoir de la forte puissance sur un connecteur relié à une antenne. Même dans le cas où l’an- tenne est constituée d’un diviseur de puissance, il peut être plus pratique pour l’utilisateur final d’avoir un seul câble entre son système d’amplifi- cation et son système d’antennes, car cela lui permet de remplacer l’un des deux systèmes sans se préoccuper de l’autre. Car l’utilisateur final ne se préoccupe pas du contenu de ses boîtes noires. Enfin, il peut être dif- ficile de mettre une antenne par module élémentaire d’amplification car une antenne, pour être efficace, a un volume minimal déterminé par la lon- gueur d’onde. Une possibilité est une solution hybride utilisant les deux mé- thodes de combinaison de puissance, avec plusieurs antennes alimentées chacune par un combineur de puissance.

Concernant les antennes, la plupart des antennes sont soit sous 50 Ω, soit sous une impédance quelconque, ramenée ensuite à 50 Ω par diffé- rentes techniques d’adaptation. Ne serait-il pas possible de concevoir des antennes à basse impédance, pour les relier directement aux transistors de forte puissance? Nous avons aussi évoqué des réseaux constitué de plu- sieurs antennes, mais ne serait-il pas possible de concevoir des antennes à plusieurs entrées? Les antennes d’un réseau traditionnel sont éloignées les unes des autres afin qu’elles n’influent pas les unes sur les autres. Et s’il était possible non pas de supprimer plus ou moins mal leur influence mu- tuelle, mais au contraire de tenir compte de leur influence mutuelle et d’op- timiser leur fonctionnement dans ce mode? Ceci poserait des problèmes d’isolation entre les entrées, que l’on pourrait résoudre avec la technique de l’absorbant illustrée dans cette thèse.

Les perspectives de recherche sont le développement d’une version pla- naire du combineur de puissance présenté dans cette thèse, pour les situa- tion où une seule sortie est préférable, le développement de moyens d’in- terconnexion de très forte puissance, car les connecteurs classiques ne suf- firont plus à l’avenir, le développement d’antennes à plusieurs entrées à basse impédance, le développement de nouveaux MMIC large bande et à forte puissance. Et enfin, le développement et l’amélioration des outils de conception, c’est à dire les logiciels et les méthodes.