Thèse sur la linéarisation d'amplificateurs en bande Ka F/H

La thèse a pour objectif d'étudier un linéariseur adapté à un amplificateur à état solide comportant plusieurs éléments amplificateurs en technologie Nitrure de Gallium (GaN) dont la plage de fréquence d'utilisation est large. Ces amplificateurs seront utilisés dans des stations sol paraboliques destinées aux constellations de satellites. Ces constellations sont utilisées comme stations d'ancrage et les débits en jeu sont très importants. Les modulations utilisées sont complexes et la linéarité des amplificateurs sont un point clé déterminant pour la qualité de la liaison et du coût de la station.

C'est dans ce contexte que le développement de solutions de linéarisation des amplificateurs RF pour les applications satellitaires fonctionnant à haut rendement devient un impératif. Le verrou technologique étant donc l'étage analogique d'amplification qui est fortement non-linéaire au maximum de son rendement et ceci d'autant plus que les formes d'onde mises en jeu sont large bande. Les compromis nécessaires pour ce bloc linéariseur se situent au niveau i) de la complexité des traitements, ii) des performances radio (remontées de bruit dans la bande et remontées des niveaux des bandes adjacentes qui devront respecter les masques imposés par les standards de transmission) et iii) du temps de reconfiguration en fonction des variations des composants analogiques.
La linéarisation par prédistorsion numérique (DPD pour Digital PreDistortion) est au cœur de ces compromis. Les précédentes études ont toutes cherché à optimiser l'architecture de linéarisation et les traitements associés afin d'atteindre des performances optimales principalement pour des stations de base déployées pour les nouvelles générations de téléphonie mobile (lte/4G/5G). Il s'agit dans ces travaux de thèse de répondre à la même problématique avec néanmoins trois défis majeurs en termes de fréquence, de puissance et de bande liés aux communications satellitaires, en proposant de nouvelles architectures de linéarisation couvrant la bande Ka (autour de 30GHz), pour des PA capables de fournir 160W et supportant quelques centaines de MHz de bande passante.

Dans ce travail de thèse au sein du Laboratoire XLIM (site d'Angoulême et de Limoges) et la société Safran (Colombelles), il s'agit d'étudier deux approches différentes afin d'en sélectionner celle qui est la plus appropriée pour l'application visée :
- Une DPD basée sur un modèle polynomial (dit à temps discret) de type GMP (Generalized Memory Polynomial model) qui est largement déployé et qui représente l'état de l'arte l'art en terme de performances, avec comme inconvénient, le nombre de coefficients et de termes qui augmente considérablement avec les effets mémoire qu'on retrouvent dans les PA. Une optimisation sur la méthode d'identification de ce modèle sera à étudier en vue de rendre possible la mise en œuvre en temps réel pour les signaux Ka-SatCom.
- Une DPD basée sur un modèle comportemental de PA (dit à temps continu) dont l'identification repose, non pas sur le signal de modulation complexe d'application, mais sur des signaux élémentaires 1 ton et 2 ton dans le plan puissance / fréquence du dispositif. Ce modèle à deux voies de mémoire (TPM : Two Path memory), développé à Xlim n'est donc pas intrinsèquement lié à un signal de modulation particulier, ce qui lui permet une bonne reproduction de la réponse du PA pour des modulations diverses.
La complexité du modèle TPM en termes de coefficients reste à évaluer dans ce travail en vue d'une implémentation de type FPGA. L'étude sera conduite au niveau système dans l'environnement VISION (Amcad Engineering).

Compétences scientifiques souhaitées :
• Bonne maîtrise des chaînes de communications RF
• Maîtrise des principaux instruments de mesures RF
• Connaissances des principes fondamentaux de la programmation procédurale et objet, et apte à apprendre de nouveaux langages comme python, Matlab, ADS, …
• Des compétences ou une appétence pour la programmation de composants FPGA ou pour les systèmes embarqués seraient un atout majeur pour le candidat.

Qualités recherchées chez le doctorant :
Sérieux, curieux, autonome, persévérant et apte à travailler en équipe.

Thèse basée à Angoulème les premiers 18 mois puis à Colombelles les 18 mois suivants.