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RÉSUMÉ
L’article décrit les principales architectures de circuits hautes fréquences dont la fonction principale est de modifier l’amplitude et la phase des signaux ou encore de distribuer / coupler les signaux. Il s’agit de circuits atténuateurs ou amplificateur, de circuits déphaseurs ou encore de commutateurs.
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Christian RUMELHARD : Professeur au Conservatoire national des arts et métiers - Laboratoire de physique des composants électroniques
INTRODUCTION
Dans les circuits amplificateurs ou déphaseurs, qui ont été présentés par ailleurs, la présence des non-linéarités est un inconvénient dont il faut éventuellement tenir compte. Ce fascicule présente plutôt les circuits pour lesquels la présence d’une non-linéarité est essentielle pour la réalisation des fonctions. Ces fonctions sont par exemple l’oscillation, le mélange, la multiplication ou la division de fréquence. Mais ces circuits peuvent aussi présenter des non-linéarités plus globales comportant en particulier des bifurcations qui deviendront à leur tour des inconvénients à traiter.
Dans les domaines micro-ondes et millimétriques, les applications concernent des systèmes tels que les boucles locales radio, les liaisons à haut débit point à point à porteuse millimétrique ou les radars pour voiture. Ces systèmes imposent leurs types de modulation tels que modulations de phase, de fréquence ou d’amplitude (MAQ). Dans ces applications, pour des raisons de coût et de performances, les sous-ensembles sont de plus en plus réalisés en monolithique. Mais la réalisation monolithique des fonctions a des répercussions sur les circuits eux-mêmes car il faut éliminer le plus possible les parties qui doivent faire appel à des techniques hybrides. Ainsi pour les oscillateurs, les boucles à verrouillage de phase remplacent dans certains cas des résonateurs diélectriques, surtout depuis que sont apparus des résonateurs piézoélectriques qui peuvent être réalisés en technologie MEMS. Mais l’utilisation de ces boucles conduit à employer des circuits diviseurs ou multiplicateurs de fréquence. De même, lors de réalisations monolithiques de mélangeurs, les circuits de filtrage à bande étroite qui n’existent généralement qu’en hybride, sont remplacés par des circuits à suppression d’oscillateur local ou à suppression de fréquence image beaucoup plus faciles à réaliser en monolithique.
Ce sont tous ces aspects qui sont évoqués dans les circuits qui sont présentés dans ce fascicule. Il s’agit d’abord de tous les circuits oscillateurs puis les circuits de modulation ou démodulation puis des multiplicateurs et enfin des diviseurs de fréquence. Les circuits diviseurs de fréquence à régénération ont conduit au développement de méthodes de traitement des non-linéarités globales, c’est-à- dire comportant des bifurcations. Bien que n’étant pas entièrement décantées, ces méthodes seront évoquées dans la mesure où elles sont destinées à être utilisées dans d’autres circonstances, par exemple, dans les circuits fonctionnant en impulsions où les temps de montée et de descente peuvent comporter des instabilités importantes.
Les techniques de réalisation monolithiques gagnent peu à peu les sous- ensembles et elles génèrent des règles de conception particulières. Le dernier paragraphe effectue un survol de ce domaine et présente quelques réalisations.
Cette étude des circuits intégrés monolithiques micro-ondes se compose de plusieurs articles :
— MMIC- Évolution et technologie qui traite de l’évolution et de la technologie des MMIC ;
— MMIC- Composants qui passe en revue les composants passifs et actifs dont se composent les MMIC ;
— MMIC- Déphaseurs et amplificateurs qui décrit les MMIC déphaseurs et amplificateurs ;
— MMIC - Oscillateurs, mélangeurs, convertisseurs qui traite de la modulation, démodulation et conversion de fréquence ;
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- Version courante de janv. 2016 par Didier BELOT, Gilles DAMBRINE
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1. Oscillateurs
Des oscillateurs ont été réalisés sous de nombreuses formes. La plupart font appel à un élément résonnant en diélectrique, en quartz ou dont les performances peuvent être changées par un champ magnétique (YAG) . La présence de cet élément résonnant fait que tous ces circuits comportent une partie de type hybride. Mais tous ces circuits peuvent aussi comporter une partie monolithique constituant un oscillateur fixe ou un oscillateur accordable par varactor. Il sera d’abord examiné les conditions de démarrage de l’oscillation puis il sera vu le comportement en grand signal et les conditions pour obtenir un faible bruit.
1.1 Conditions de démarrage des oscillations
Un schéma possible pour obtenir un oscillateur consiste à réaliser une résistance négative avec un transistor. Cela peut être obtenu en réalisant une contre-réaction série comme représenté sur la figure 1. En remplaçant le transistor par un schéma équivalent très simplifié :
il est possible de calculer l’impédance vue à la sortie du montage : Zosc . Cette impédance est donnée par la relation :
...
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Oscillateurs
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