Étude et développement d'architectures d'amplification à deux branches pour les systèmes de communication sans fil

La tendance pour les nouveaux standards téléphoniques est de maximiser le débit de transmission en utilisant des modulations dont les enveloppes ne sont pas constantes. La conception des amplificateurs de puissance RF fait par conséquent face à de nouveaux défis pour atteindre de meilleurs compromis entre linéarité et efficacité énergétique. Le travail de cette thèse porte sur l’étude des systèmes d’amplification à deux branches, particulièrement la technique symétrique LINC ainsi que une seconde technique à branches asymétriques. La technique LINC consiste à convertir un signal avec une enveloppe variable en deux signaux à enveloppe constante et phases opposées pouvant être amplifié par deux amplificateurs identiques. Nous avons investigué les performances et le comportement du système LINC en présence de combineur adapté ou de type Chireix en se basant sur des modèles existants dans la littérature. Une étude des performances de cette technique en présence de signaux modulés a été effectuée. Nous avons par la suite présenté une nouvelle technique de génération de combineur Chireix en présence de sources idéales utilisant une simple prédistorsion numérique. Une formulation mathématique de cette technique a été développée démontrant l’équivalence entre les deux implémentations du combineur Chireix et une validation par une série de simulations et de mesures expérimentales a été effectuée par la suite. Par après, une étude basée sur des simulations et des mesures expérimentales du système LINC en présence d’amplificateurs réels a été mené dans le but de décrire le comportement du système et la conception d’un amplificateur efficace et linéaire. Les résultats de simulation ont démontré que la prédistorsion des signaux d’entrée de l’amplificateur LINC avec un combineur Chireix avec stubs permettait de garder un excellent niveau de linéarité avec une bonne efficacité. Les résultats de mesure ont confirmé partiellement ces résultats à cause d’un grand débalancement entre les deux branches du banc de test. Dans un second volet, et toujours avec la technique LINC, nous avons étudié une nouvelle méthode dérivée de la technique LINC connue sous le nom MILC. Nous avons présenté cette méthode et étudié ses performances dans un contexte de modulations adaptatives MQAM. Nous avons démontré que cette technique présente de meilleurs compromis linéarité et efficacité énergétique que la technique LINC classique. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons investigué les performances d’une nouvelle technique d’amplification à deux branches asymétriques. Le principe de cette technique est de décomposer le signal d’entrée en deux signaux. Un premier signal à enveloppe constante ou à dynamique réduite contenant l’essentiel de la puissance du signal qui peut être efficacement amplifié sans trop de non-linéarité. Le deuxième est un signal résiduel ayant une puissance largement inférieur au signal principal et qui est amplifié par un amplificateur secondaire. L’idée est que l’efficacité du système soit dominée par l’efficacité de l’amplificateur de la première branche. Nous avons développé un modèle analytique de l’architecture afin d’en déduire une expression exacte de l’efficacité énergétique en fonction des paramètres du système. Les performances en efficacité obtenues avec les signaux de type MQAM ont été très limités. Cependant, avec les signaux de type CPM, particulièrement le signal MSK, nous avons obtenu des niveaux d’efficacité très élevés pour une excellente linéarité exprimé en termes de BER et de ACPR. Une comparaison avec une architecture à une seule branche utilisant un amplificateur en classe B a été faite et a démontré que l’architecture proposée offrait des performances système meilleures