Fiche2_M2_RF_UE_Fonctions RF et Ingénierie Microonde

Intitulé de l'Unité
d’Enseignement
Fonctions RF et ingénierie micro-onde
Code de
l’UE
Descriptif de l’UE
Volumes horaires globaux (CM + TD + TP+ autre…)
Nombre de crédits de l’UE
Spécialité où l’UE est proposée
Semestre où l’enseignement est proposé
Effectifs prévus (rentrée 2009)
70 h
6
Systèmes communicants
S3
24
a) Objectifs de l'Unité d'Enseignement
Cet enseignement a pour objectif d’étudier, tant du point théorique que pratique, les principales fonctions
actives RF et microondes nécessaires dans toute conception d’architectures de systèmes de
communications (« front end » d’un système de réception). On insistera plus particulièrement sur les fonctions
amplification, oscillation, mélange et conversion analogique/numérique en microondes. L’aspect bruit,
spécifique à ce domaine de fréquences et limitant la qualité d’un signal utile en sortie d’un circuit, sera aussi
développé et illustré.
La partie pratique portera sur la conception poussée d’un amplificateur microondes à grand gain en
technologie microruban, incluant à la fois les circuits de polarisation et les quadripôles d’adaptation entréesortie. Les paramètres S, le point de compression à 1 dB et les produits d’intermodulation d’ordre 3 de
l’amplificateur seront mesurés à l’aide d’appareils de mesure spécifiques, étudiés dans l’UE « CAO et
techniques de mesures microondes ».
Cet enseignement permettra également, à travers des séances de travaux pratiques et d’un projet tutoré,
d’acquérir une expérience dans le domaine de la conception assistée par ordinateur (CAO) de circuits
MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) selon une technologie industrielle sur Arséniure de Gallium
(AsGa) à l’aide du logiciel commercial ADS (Advanced Design System) de chez Agilent Technologies et sur
silicium (Si) à l’aide du logiciel CADENCE. En cohérence avec l’UE « CAO et techniques de mesures
microondes », une co-simulation (circuit et électromagnétique) des différentes fonctions d’un récepteur
intégré devra aboutir à la validation de la chaîne complète de réception.
b)
Contenu de l’Unité d’Enseignement
Eléments localisés utilisés dans les circuits MMIC :
- Résistances, inductances spirales, capacités interdigitées, capacités MIM
Conception de fonctions actives RF et microondes :
- Amplificateurs à gain maximal, amplificateurs faible bruit, amplificateurs de puissance
- Oscillateurs à transistor instable, oscillateurs à diode
- Fonction mélange et conversion directe
- Bruits dans les circuits
- Architectures des récepteurs pour les systèmes de communications sans fil
Réalisation pratique d’un amplificateur à gain transducique maximal :
- Mesure des paramètres S du transistor à l’aide d’un analyseur de réseaux vectoriel
- Conception des quadripôles d’adaptation en technologie microruban
- Conception des circuits de polarisation
- Simulation et optimisation du circuit
- Réalisation et test de l’amplificateur
CAO des circuits MMIC
- Filtre passe-bande sur AsGa
- Amplificateurs sur AsGa pour radiocommunication
- Oscillateur à transistor instable sur AsGa
- Mélangeur sur AsGa
- Amplificateur IF sur Silicium
Co-simulation de la chaîne complète d’un système de réception
- Projet tutoré et individualisé sur un élément RF du récepteur
- Intégration des simulations électro-magnétiques des antennes et de l’amplificateur IF sur silicium
c) Pré-requis
Théorie des lignes de transmission
Mesures hyperfréquences
d) Modalités de contrôle des Connaissances
Examens (répartis), TP, Projet
e) Références bibliographiques
George D. Vendelin, Anthony M. Pavio, Ulrich L. Rohde, “Microwave Circuit Design Using Linear and
Nonlinear Techniques”, Wiley-Interscience, 2005
Devendra K. Misra, “Radio-frequency and Microwave Communication Circuits, Analysis and Design”, WileyInterscience, 2004
Agilent Technologies, Application notes 2003-06-17, “Using Advanced Design System to Design an MMIC
Amplifier”
Organisation pédagogique
Enseignements présentiels
Cours
Enseignements dirigés
Travaux pratiques
Projet
Autre
Volume horaire total
18
12
22
18
Horaire
hebdomadaire
4
2
4
4
Effectif par groupe
24
24
8
8
Course Title : RF functions and microwave ingineering
Description of the course :
a) Objective
This course contains an overview of RF and microwave functions required for the design of modern
communication systems (front-end of a receiver for wireless communication systems). It covers the main
microwave circuits including amplifiers, oscillators, mixers and analog-to-digital converters. Electrical noise
associated with microwave circuits and affecting the system performances is also introduced.
The courseworks is organised around labs using professional Computer-Aided Design (CAD) tools and
equipments. It deals with the design and characterisation of a high-gain amplifier, using microstrip
technology, including input and output matching, and DC bias networks. Tests and measurements of
scattering parameters, gain compression and third-order intercept point are performed by a specific
microwave instrumentation, introduced in the course of “CAO and microwave measurement techniques”.
Students learn also, through practical trainings and tutorial project, about the CAD using GaAs (ADS) and Si
(Cadence) based Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). To complete the training of “CAO and
microwave measurement techniques”, co-simulations will be able to simulate the complete receiver by
combining circuit and 3D electro-magnetic simulations.
b) Content
Lumped elements of integrated circuits :
• Resistors, spiral inductors, metal-insulor-metal capicitors, interdigital capacitors
RF and microwave active functions design :
• High-gain amplifiers, low noise amplifiers, power amplifiers
• Microwave transistor oscillators, diode oscillators
• Mixing function and direct-conversion
• Microwave noise in devices
• Receiver architectures for wireless communication systems
Amplifier design for maximum gain in microstrip technology :
• S-parameters measurements of a microwave transistor using a vectorial network analyzer
• Design of input and output matching networks
• DC bias circuits design
• Amplifier simulation and optimization
• Physical realization and test
CAD of MMIC chips
• Band pass filter on GaAs substrate
• MMIC amplifier for modern communication systems on GaAs
• Transistor oscillator on GaAs
• Mixer on GaAs
• IF amplifier on Si
Co-simulation of the complete front-end receiver
• Tutorial and individual project about a basic building block of the receiver
• Implementation of antennas electro-magnetic simulations and Silicon IF amplifier simulations
c) Prerequisites
Fundamentals of transmission lines, scattering matrix, RF measurement techniques,