Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article propose une synthèse des performances comparées tubes électroniques et solutions à l’état solide en vue de sélectionner une technologie d’amplificateur radiofréquence ou hyperfréquence. Il expose les vues de l’auteur sur les avantages et inconvénients comparés des deux familles de technologies, selon l’usage envisagé. Tout d’abord, les critères de choix entre technologies (puissance, coût, rendement, fiabilité, facteur de bruit…) sont exposés, puis quelques cas emblématiques que sont les radars, les accélérateurs de particules et les systèmes de communication par satellite sont présentés.
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This article gives a synthesis of compared performance between vacuum and solid-state electronics for selecting the technology of an RF or a microwave amplifier. It sets out the author’s appraisal of the pros and cons of both families of technologies for a given application. The first section explains the key criteria for choosing between the technologies: power, cost, efficiency, reliability, noise, etc. The second section focuses on three specific applications: radars, particle accelerators, and satellite communication systems.
Auteur(s)
-
Thierry LEMOINE : Directeur Technique - THALES Microwave and Imaging Subsystems, Vélizy, France
INTRODUCTION
Cet article propose une analyse comparative des technologies d’amplification de puissance, à base de tubes électroniques (TWTA, klystrons ou tétrodes) ou de solutions à état solide (SSPA). Une première partie donne un descriptif des différents paramètres que l’utilisateur compare : au-delà de la capacité de l’une ou de l’autre technologie de fournir la puissance à la fréquence demandée, il s’agit du coût d’achat, du coût de possession, de la fiabilité et de la disponibilité opérationnelle, et évidemment, du respect des performances visées, par exemple en termes de bande passante et de linéarité, volume et masse. Les rendements électriques à saturation et au point de fonctionnement feront l’objet d’un intérêt particulier, tout comme les performances en bruit.
Nous proposons ensuite une analyse plus approfondie sur trois grands secteurs d’application où les deux technologies sont utilisées l’une et l’autre : les radars pour les applications de défense, où l’apparition des antennes actives à balayage électronique est à présent le facteur le plus dimensionnant dans le choix des technologies ; les accélérateurs de particules dont les besoins en puissance pure sont particulièrement élevés, souvent supérieurs à 1 MW ; et à l’opposé, les systèmes de communications par satellite, qui exigent des puissances moyennement élevées – de la classe d’une centaine de watts – à des fréquences centimétriques et millimétriques, et de surcroît un très bon rendement électrique associé à un comportement linéaire. Pour chacune de ces applications, l'article fournira une explication du besoin en puissance ainsi que les principaux critères de choix.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes importants de l’article, ainsi qu’un tableau des sigles et des symboles utilisés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
amplifiers | microwave power
DOI (Digital Object Identifier)
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3. Conclusion
La compétition entre technologies « tubes » et « état solide » existe depuis les années 1970, et la frontière qui les sépare évolue lentement dans le temps vers des puissances et des fréquences plus élevées, en faveur des solutions état solide. Cette progression n’a jamais été linéaire, elle subit des paliers correspondant aux apparitions successives du silicium bipolaire, du silicium MOS, des transistors à effet de champ en GaAs et à présent en GaN pour ne citer que les principales étapes. Nous entrons aujourd’hui dans l’ère du GaN, qui comme c’est probable durera une ou deux décennies. De leur côté, les tubes ont fait d’énormes progrès notamment en fréquence et en rendement, mais ils restent une technologie coûteuse dont l’usage doit se justifier par des besoins spécifiques.
Dans quelques rares domaines, les tubes sont la solution exclusive du fait des puissances mises en jeu (la fusion thermonucléaire par exemple). Mais, ce sont des marché de niche et il est plus intéressant d’analyser les marchés plus substantiels où les technologies continueront à s’affronter dans la décennie à venir, qui sont évoqués dans ce document : les télécommunications spatiales, les systèmes de radiodétection pour la défense (les radars sont les plus emblématiques, mais on pourrait également citer les systèmes d’autoprotection par brouillage électromagnétique), et les accélérateurs de particules qui ne se limitent pas à quelques grandes infrastructures scientifiques. Pour tous ces systèmes, le spectre de besoins est tel qu’il n’existe pas d’alternatives aux deux technologies, dans leurs zones de confort respectives.
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