Fiche2_M2_RF_UE_Fonctions RF et Ingénierie Microonde
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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,