Xlim - institut de recherche

Banc de caractérisation fonctionnelle dans le domaine fréquentiel de type charge et de source active/passive à partir d’excitation monoporteuse ou monoporteuse impulsionnelle.

Ce banc permet de caractériser des transistors de puissance RF dans un environnement de type charge et/ou source active/passive multiharmoniques.

Les caractéristiques techniques et les applications possibles de ce banc sont les suivantes :

Le fonctionnement du transistor polarisé en continu ou par des impulsions peut alors être optimisé en adaptant les impédances de sourceet/ou de charge suivant des critères de puissance, de rendement ou de linéarité.
Une fois étalonné par une procédure d’étalonnage complète, précise et rigoureuse, ce banc permet d'extraire les caractéristiques suivantes :

• Courbes AM/AM et AM/PM au fondamental et aux harmoniques,
• Rendements en fonction de Pe,
• Produits d'intermodulation d'ordre 3,
• Impédances d'entrée et de sortie au fondamental et aux harmoniques,
  

Les objectifs finaux sont :

• d’optimiser le fonctionnement des transistors Radiofréquences
• d’évaluer les performances des composants pour des excitations monoporteuses/biporteuses CW/impulsionnelles
• de valider des modèles électrothermiques

Banc de caractérisation de paramètres S à chaud dans le domaine fréquentiel dans un environnement de type charge et de source active

Le banc de caractérisation de paramètres S à chaud dans le domaine fréquentiel dans un environnement de type charge et de source active est dédié à l’étude fondé sur l’utilisation d’un signal de pompe et d’une perturbation, permettant ainsi de prédire les phénomènes d’instabilités paramétriques hors bandes en fonction des conditions de fermetures aux accès du dispositif sous test et du niveau de puissance du signal de pompe. Ce banc de mesure s’avère précieux comme outil pour l’analyse prédictive des conditions de fonctionnement vis à vis de la stabilité hors bande

Banc de caractérisation fonctionnelle dans le domaine temporel de type charge et de source active à partir d’excitation monoporteuse

LSNA (Large Signal Network Analyser)

Fondé sur un matériel prototype au mode de fonctionnement innovant, il donne accès à la mesure absolue (et non relative) des ondes incidentes et réfléchies aux fréquences fondamentales et harmoniques dans les plans du transistor.
L’étalonnage de ce banc de caractérisation nécessite une étape supplémentaire par rapport à l’étalonnage du premier banc de caractérisation fonctionnelle dans le domaine fréquentiel : il s’agit d’un calibrage en phase à partir d’un nouveau standard de référence en phase dont le signal de sortie constitué, dans le domaine fréquentiel, d’un peigne de Dirac est parfaitement connu en amplitude et en phase.
Grâce à cet étalonnage supplémentaire il est donc possible de mesurer la forme temporelle des ondes de puissances aux accès du dispositif sous test lorsqu’il fonctionne en régime fortement non linéaire avec des signaux tests d’excitation monoporteuse.

Les caractéristiques techniques et les applications possibles de ce banc sont les suivantes :

Une fois étalonné, ce banc permet :

• d’optimiser le fonctionnement des transistors Radiofréquences et microondes en termes de puissance ajoutée, de rendement en puissance ajoutée et en linéarité en modifiant les impédances de charge et de source aux trois premières fréquences harmoniques. Cette optimisation se fait en observant les formes des tensions et courants (ou du cycle de charge extrinsèque) aux bornes des dispositifs à tester.
• De valider encore plus finement les modèles électrothermiques associés aux composants testés.

Banc de caractérisation fonctionnelle de dispositifs adaptés par la mesure des enveloppes des signaux dans le domaine temporel à partir d’excitation multiporteuses

Banc de caractérisation d'enveloppes

Ce banc permet de réaliser des mesures calibrées d’enveloppes temporelles de modulation de signaux micro-ondes aux accès de modules d'amplificateurs de puissance.

Ce banc de mesure permet de caractériser la linéarité des amplificateurs de puissance « multi-porteuses » par le critère du NPR : « Noise power ratio ».
Cette activité permet aussi la caractérisation et l’identification de phénomènes non linéaires a dynamique lente d’origine électrique ou thermique.
Ce banc a aussi pour vocation de permettre l’élaboration de modèle qualifié de modèle comportemental (boîte noire).

Adaptation des bancs présentés précédemment

Objectifs avérés

• de montée en fréquence (typiquement, 35 GHz et 65 GHz) et
• de montée en puissance (20W ou 50W en monoporteuse avec un rapport de 10% pour des signaux d’excitation monoporteuse pulsée).

recherche de nouveaux standards de référence

Objectif : extraire des formes d’ondes temporelles à partir de signaux de test multiporteuses dans des bandes pouvant atteindre 250 à 500 MHz.

Etude, la veille technologique et/ou la conception ainsi que la mise en oeuvre de modules de têtes d’échantillonnage ultra-hautes fréquences

Principe de l'Echantillonnage Ultra Haute Fréquence

Les techniques d'échantillonnage rapides sont la base pour la caractérisation du comportement non-linéaire des composants à haute fréquence.
Les convertisseurs analogiques numériques ultra hautes fréquences 4 voies synchronisées n'existent pas actuellement pour mesurer simplement et directement des signaux hyperfréquence ou microondes.
La principale limitation concernant cette technologie est liée à la fréquence maximale d’entrée des têtes d’échantillonnage (limitée à 50 GHz) qu’il faudrait étendre à 100 voire 200 GHz et à la bande passante des signaux analysables avec les technologies actuelles (20 MHz) qu’il faudrait étendre à 50, 100 ou 250 MHz. Ces modifications de performances impliquent une recherche de composants adéquats pour concevoir de nouvelles têtes d’échantillonnage. Le développement de circuits intégrés associés à la conception de ces nouvelles têtes d’échantillonnage est très coûteux mais la recherche dans ce domaine constitue la clef de voûte de l’instrumentation avancée dans les année à venir.

Base en champ lointain de mesure d'antennnes

Base en champ lointain

La figure 1 est une photographie de la base en champ lointain d'XLIM fonctionnant entre 500 MHz et 18 GHz. La détermination des caractéristiques de rayonnement est effectuée en mesurant la liaison d'un système comprenant l'antenne sous test et une antenne de référence, l'une en émission et l'autre en réception. La distance entre les deux antennes doit respecter une distance permettant de placer ces deux antennes en champ lointain (2*D^2/lamda), avec D la plus grande dimension des deux antennes et lambda la longueur d'ondes du signal.

Mesures réalisables :

• Adaptation (|S11|)
• Diagramme de rayonnement (1°)
• Diagramme de polarisation
• Gain réalisé fréquentiel (précision de ± 0.5 dB)
• Directivité (précision du gain)

Base compacte de mesure d'antennes

Base compacte

La fonction d’une base compacte de mesure d’antennes (figure 2) est de reproduire la condition de champ lointain à une distance relativement faible. Une onde sphérique provenant de la source d’émission est transformée en onde plane après réflexion sur la parabole. Elle est, ensuite, dirigée vers l’antenne sous test. Le volume dans lequel l’onde est parfaitement plane est appelé zone tranquille. La solution technique la plus simple utilise une parabole à source décalée. Cette base fonctionne entre 8 et 50 GHz.

Mesures réalisables :

• Adaptation (|S11|)
• Diagramme de rayonnement (pas possible de 0.25°)
• Diagramme de polarisation
• Gain réalisé fréquentiel (précision de ± 0.35 dB)
• Directivité (précision du gain)

Banc de caractérisation outdoor d'antennes

Réseau d’antennes Valentine sur plateau tournant

Éléments du banc de test :

- Générateurs impulsionnels ( 4KV crête, temps de montée 100ps)

- Oscilloscope séquentiel 6 GHz

- Oscilloscope temps réel 8 GHz

- Sonde, atténuateurs, diviseur de puissance, lignes à retard, … U.L.B. forte puissance

- Plateau tournant piloté par liaison GPIB

- Antennes large bande de référence (conception XLIM)