Technique d’extraction de la puissance P out_DST de sortie disponible

Nous cherchons maintenant à connaître la puissance disponible en sortie du DST Pout_DST. La

Figure 101 représente les puissances et les grandeurs électriques en sortie de notre banc de caractérisation.

Figure 101 : Schéma équivalent du quadripôle de sortie

D’après la Figure 101, la puissance disponible en sortie du DST s’exprime :

𝑃_{𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇} =1 2ℜ (

|𝑉𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇| 2

𝑍_{𝑖𝑛_𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟} ) (IV.5) Pour déterminer la puissance Pout_DST nous avons besoin de connaître les grandeurs Pin_det,

Zin_det, Zin_tuner et la matrice ABCD du tuner, qui sont toutes issues des mesures présentées dans le

Tableau 17. Pour déterminer Zin_tuner et la matrice ABCD du tuner nous devons corriger des plots

Figure 102 : Mesure de Zin_tuner à partir des paramètres S du tuner (plots RF à éplucher en entrée et sortie) On en déduit Zin_tuner : 𝑍𝑖𝑛_𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟 = 𝑍𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟(1,1) − 𝑍_{𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟}(1,2) ∗ 𝑍_{𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟}(2,1) 𝑍𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟(2,2) + 𝑍𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟 (IV.6)

Ensuite, la tension de sortie Vout_DST s’exprime en fonction des paramètres ABCD du tuner,

de l’impédance d’entrée du détecteur de puissance Zdetecteur et de la tension Vin_det :

𝑉_{𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇} = 𝑉_{𝑖𝑛_𝑑𝑒𝑡}(𝐴_{𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟}+ 𝐵𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟

𝑍_{𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟}) (IV.7) L’impédance d’entrée du détecteur Zdetecteur est obtenue avec la mesure de son paramètre

S11.La tension d’entrée du détecteur Vin_det est obtenue à partir de la puissance détectée Pin_det et

de son impédance de charge Zdetecteur, elle s’exprime :

𝑉_{𝑖𝑛_𝑑𝑒𝑡} = √2. 𝑍𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟. 𝑃in_det (IV.8)

La puissance détectée Pin_det est obtenue à partir de la tension mesurée en sortie du

détecteur de puissance.

Disposant de la tension 𝑉𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇 et de l’impédance 𝑍𝑖𝑛_𝑡𝑢𝑛𝑒𝑟, nous avons donc tous les

paramètres nécessaires pour en déduire la puissance disponible Pout_DST en sortie du DST en

fonction de tous les états du tuner.

puissances nous pourrons en déduire entre autre l’impédance optimale, le gain en puissance maximum et le point de compression du DST. Ainsi nous pouvons écrire :

- 𝐺max _𝐷𝑆𝑇= max (𝑃𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇− 𝑃𝑖𝑛_𝐷𝑆𝑇) pour l’état du tuner correspondant à l’impédance

ZGain_opt

- 𝑃max _𝐷𝑆𝑇 = max (𝑃𝑜𝑢𝑡_𝐷𝑆𝑇) pour l’état du tuner correspondant à l’impédance ZPuissance_opt

Dans la suite de ce chapitre, nous avons cherché à valider le principe de cette mesure load- pull avec un véhicule de test dédié, avant d’effectuer une caractérisation du banc complet. Dans ce véhicule de test nous sommes strictement limités aux performances de la source externe disponible sur table qui est capable de générer un signal uniquement à 150 GHz (à plus ou moins 1 GHz) et dont les niveaux de puissances sont suffisants, à cette fréquence, pour amener le DST sous test en régime non linéaire. Ceci nous permet de valider notre méthode d’extraction des puissances.

Validation de la caractérisation load pull à 150 GHz sur un véhicule de test

Pour valider le principe de fonctionnement du tuner chargeant un transistor (principe de la caractérisation load-pull), nous avons développé et conçu un véhicule de test ne contenant que le DST et le tuner, présenté sur la Figure 103. Le but de ce circuit n’est pas de faire une caractérisation load-pull complète de notre dispositif sous test mais de vérifier que ses niveaux de puissance varient bien en fonction des états du tuner et augmentent lorsqu’on se rapproche de ses impédances optimales.

La génération de signaux et les détections de puissance seront donc externes au circuit et sur table. La caractérisation à 150 GHz de ce véhicule de test permettra, dans un premier temps, de comprendre et valider le principe de la caractérisation load pull à haute fréquence.

La mesure a été effectuée pour deux dispositifs sous test de tailles différentes : un transistor bipolaire avec une longueur d’émetteur de 5 µm, une largeur de 0.2 µm avec 2 collecteurs en configuration CBEBC (Annexe I) et l’autre avec une longueur d’émetteur de 10 µm, une largeur de 0.2 µm avec 2 collecteurs en configuration CBEBC. Comme nous l’avons expliqué en début de chapitre, il nous faut connaître Pin_DST et Pout_DST afin de déterminer leurs paramètres

grands signaux.

Pour connaître ces puissances nous utilisons la méthode présentée en partie 1. Le bilan des puissances du véhicule de test est présenté sur la Figure 104.

Figure 104 : Synoptique d'une caractérisation load pull avec tuner intégré

La connaissance de Pin_DST et Pout_DST passe avant tout par la connaissance des éléments

Zin_tuner, Zin_DST et les paramètres ABCD du tuner issus de la mesure. Nous avons présenté dans le

Circuits Mesure en paramètres S Mesures en puissance Paramètre petit signal à extraire Paramètres grands signaux à extraire DST + Tuner nécessaire pour tous les états du tuner et permet

de connaître Zin_DST

nécessaire pour tous les états du

tuner (caractérisation load-pull) Les 4 paramètres S en fonction des états du tuner (épluchage du plot RF d’entrée uniquement) Pout_pad(Pin_pad) en fonction de la fréquence et pour tous les états du tuner

Tuner

nécessaire pour tous les états du tuner et permet de connaître Zin_tuner et ABCDtuner nécessaire pour vérifier qu’il ne comprime pas Les 4 paramètres S en fonction des états du tuner (épluchage du plot RF d’entrée uniquement) aucun Structure d’épluchage 1 : plot RF « open »

non nécessaire nécessaire Paramètres S aucun Structure

d’épluchage 1 : plot RF « short »

non nécessaire nécessaire Paramètres S aucun Structure

d’épluchage 2 : thru

non nécessaire nécessaire Paramètres S aucun

Tableau 18 : Plan de caractérisation complet du véhicule de test

La méthode utilisée pour déterminer Pin_DST et Pout_DST étant légèrement différente de celle

utilisée pour le banc complet, celle-ci est décrite ci-dessous.