MMIC - Déphaseurs et amplificateurs

Cet article décrit les circuits intégrés monolithiques micro-ondes qui permettent de maîtriser la phase et l’amplitude des signaux micro-ondes.

Les antennes à balayage électronique utilisent des centaines de modules pour lesquels la phase et l’amplitude du signal émis doivent être commandées pour chacun des modules. Pour les transmissions numériques sur porteuse micro-onde (du radiotéléphone aux boucles locales radio), les modulations utilisées, qu’elles soient à décalage en phase (PSK) ou à modulation d’amplitude en quadrature (QAM), impliquent de maîtriser de nombreux déphasages mais aussi l’amplitude du signal dans les modulateurs et démodulateurs. Enfin, le remplacement des filtres dans les têtes d’émission et de réception par des circuits à suppression d’oscillateur local ou à suppression de fréquence image supposent eux aussi l’introduction de déphasages ou de différences de phases. Ces considérations montrent le très grand intérêt qu’il y a à étudier les différentes techniques de déphasage qui peuvent être introduites dans les MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit). C’est ce qui est fait dans le premier paragraphe.

Par ailleurs, l’amplitude du signal, soit à la réception, soit à l’émission, soit en cours de traitement, doit souvent être contrôlée, ce qui nécessite d’utiliser des cellules à atténuation ou à gain variable.

Mais la fonction d’amplification reste la fonction essentielle de tous ces circuits. Cela se fait dans des amplificateurs en petit signal où les grandeurs importantes sont le gain et le facteur de bruit (paragraphe 2). Les facteurs de bruit proches de 1 permettent de recevoir des signaux très faibles, ce qui augmente les distances des liaisons ou ce qui permet de diminuer les puissances d’émission. Les amplificateurs à large bande peuvent être utilisés pour des applications micro-ondes telles que les contre-mesures mais ces circuits permettent aussi d’amplifier des signaux numériques à quelques dizaines de Gbit/s.

La fonction d’amplification se retrouve aussi dans des amplificateurs de puissance où les grandeurs importantes sont le gain, les non-linéarités, la puissance en sortie et le rendement électrique (paragraphe 3). Par exemple, la consultation des essais comparatifs de téléphones portables montre que les durées de fonctionnement en émission-réception sont très variables. Ces durées sont directement fonction du rendement de l’amplificateur de puissance dans la voie émission. Dans un radar aéroporté, l’augmentation du rendement électrique permet de diminuer la puissance d’alimentation de l’antenne et donc diminuer le poids du générateur de puissance. Mais cette augmentation de rendement permet en même temps de diminuer le poids des circuits de refroidissement qui doivent évacuer la puissance non convertie en micro-ondes. Dans ce cas, l’amélioration du rendement est particulièrement recherchée parce qu’elle a un effet double.

Selon les applications, ces circuits de déphasage et d’amplification sont à bande étroite ou à large bande ce qui débouche aussi sur des circuits différents.

Cette étude des circuits intégrés monolithiques micro-ondes se compose de plusieurs articles :

• [E1425] MMIC – Évolution et technologie traitant de l’évolution et de la technologie des MMIC,

• [E1426] MMIC – Composants actifs et [E1427] MMIC – Composants passifs,

• [e1428] MMIC – Déphaseurs et amplificateurs,

• [E1429] MMIC – Oscillateurs, mélangeurs, convertisseurs, qui traite de la modulation, démodulation et conversion de fréquence,