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RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de proposer une méthode pour réaliser les choix de conception d’un amplificateur à partir des spécifications (puissance, bande de fréquence, linéarité) et des applications (communications, RADAR, contre-mesures, autodirecteur…) Les performances permettent de déterminer la technologie (état solide ou tube hyperfréquence), selon les applications certaines sont déterminantes dans le choix de l’architecture. Enfin, sur la base d’une même spécification trois architectures différentes sont étudiées et comparées.
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Bertrand GERFAULT : Architecte Produit Amplificateur - THALES/AVS/MIS direction technique, Velizy Villacoublay, France
INTRODUCTION
Lors des phases initiales de conception, il peut être compliqué de choisir une technologie et une architecture pour le développement d’un amplificateur hyperfréquence. Ces choix initiaux peuvent avoir des conséquences importantes sur le produit en termes de coût et de temps de développement de la solution. Cet article propose une méthode pour guider les développeurs dans les choix de conception d’un amplificateur à partir d’une spécification donnée. Les paramètres déterminants de la spécification dépendent fortement de l’application considérée (radiocommunications, RADAR, contre-mesures, autodirecteur…), de la plateforme sur laquelle sera installée l’amplificateur (satellite, aéronef, navire ou véhicule terrestre) et des performances (puissance, bande de fréquence, linéarité) visées. Les applications, les plateformes et les performances permettent de sélectionner les architectures des amplificateurs de puissance. Les performances à atteindre (puissance, consommation, bande de fréquences, modulation…) vont également permettre de déterminer la technologie (état solide ou tube hyperfréquence) à considérer. Cet article présente les performances qui seront déterminantes dans le choix de l’architecture, éventuellement la puissance mais pas uniquement. Pour les applications de radio communications, la linéarité est primordiale. Pour les applications spatiales, le rendement électrique et la fiabilité doivent être prises en compte. Les différentes architectures d’amplificateur sont ensuite présentées et détaillées. Enfin, à partir d’un exemple d’une spécification d’un amplificateur pour une application de contre-mesures, trois choix de conception différents sont étudiés et comparés.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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5. Conclusion
Cet article introduit les performances essentielles pour concevoir un amplificateur. Il s’attache à présenter les performances électriques ou RF (puissance, rendement, linéarité…), mais pas uniquement car l’amplificateur est utilisé pour une application ciblée (RADAR communication…) et dans un environnement particulier (terrestre, missile, satellite…). De plus, il doit être conforme à un certain nombre de normes et de réglementation. Enfin pour les conceptions nouvelles, on spécifie l’amplificateur pour tout son cycle de vie de sa conception, en passant par sa fabrication, son utilisation sa maintenance, sa fin de vie et son recyclage. Toutes ces spécifications doivent être prises en compte dès la première ligne de la conception.
Cet article propose trois exemples d’architecture d’amplificateur pour la même spécification. L’architecture SSPA avec recombinaison en arbre présente les avantages de la reproductibilité et de la réparabilité qui améliorent les coûts d’achat et de possession. Par contre, l’amplificateur à tube reste la solution idéale si le rendement électrique est recherché et l’encombrement réduit. L’architecture SSPA avec recombinaison en parallèle reste difficile à mettre en œuvre.
Quel sera l’avenir de la technologie des amplificateurs dans les années futures ? La technologie à état solide va progresser. Pour certaines puissances et applications, les amplificateurs à tube seront encore présents, en particulier pour des applications émergentes comme les armes à énergie dirigée RF.
Les contraintes liées à l’environnement sont de plus en plus présentes dans les spécifications des amplificateurs, avec l’obligation de démontrer dès la phase de conception l’impact environnemental de la solution choisie. Cela se traduit par des spécifications d’utilisation de matériaux avec les impacts faibles sur l’environnement et recyclables.
Enfin, les technologies à état solide continueront à évoluer en offrant des puissances plus importantes en passant du GaN sur SiC au GaN sur diamant.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOYAJIAN (T.) - * - . – Thèse Etude et réalisation d’un circulateur hyperfréquence à nano particules magnétiques orientées dans la bande 40-60GHz (2011).
-
(2) - LEGGIERI (A.), ORENGO (G.), PASSI (D.), DI PAOLO (F.) - The Squarax spatial power combiner. - Progress in Electromagnetics Research C, vol. 45, p. 43-55 (2013).
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(3) - SPATIAL COMBINING TECHNOLOGY - Revolutionizing the microwave power amplifier. - Microwave Journal (2008).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
BELLUOT (J.), GERFAULT (B.). – Amplificateur hyperfréquences de puissance à état solide et combineur de puissance comprenant quatre tels amplificateurs à état solide. FR2006096 (2020).
GERFAULT (B.), BELLUOT (J.). – Système combineur de puissance comprenant quatre amplificateurs de puissance hyperfréquences à état solide. FR2006098 (2020).
PIQUET (J.L.), BARIOU (D.), BOUALAM (N.). – Coupleur hyperfréquence bidirectionnel comprenant deux guides d’onde parallèles, à double nervure. FR1873069 (2018).
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STANAG 4370 AECTP 250 ed C, Conditions d'environnement électriques et électromagnétiques.
STANAG 4370 édition 7-AECTP230, Conditions...
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