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Chaudy, David. Conception et optimisation en bruit de phase d'un oscillateur hyperfréquence à résonateur supraconducteur

Chaudy, David (2020). Conception et optimisation en bruit de phase d'un oscillateur hyperfréquence à résonateur supraconducteur.

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Résumé en francais

La supraconductivité à haute température critique a conduit au développement de résonateurs planaires à très fort facteur de qualité dans la gamme basse des hyperfréquences (quelques GHz). De tels résonateurs, associés à un circuit d'amplification, permettent de réaliser des sources hyperfréquences de grande pureté spectrale (ou faible bruit de phase). En effet, des coefficients de qualité à vide de l'ordre de 300 000 ont pu être démontrés sur ces résonateurs aux environs de 1 GHz. Toutefois, avant ce travail de thèse, aucun oscillateur à résonateur supraconducteur n'avait pu inclure un système d'amplification lui aussi refroidi. Nous avons donc débuté notre travail par une caractérisation fine à basse température des composants constituant la boucle d'oscillation : le résonateur, le transistor (amplificateur) et le varactor (contrôle de phase). Une caractérisation précise de différents résonateurs supraconducteurs a été réalisée sur une large gamme de température et à différents niveaux de puissance RF. Ce travail nous a permis d'extraire un modèle non-linéaire du résonateur pouvant être utilisé dans une conception de circuit à 1 GHz. En ce qui concerne l'amplificateur, différents transistors ont été testés vis-à-vis de leurs performances en bruit de phase et en gain à 1 GHz et 80 K (puis à 60 K par la suite). Suite à ces mesures, un composant a été sélectionné et modélisé. Le modèle du transistor, extrait à partir des mesures I(V) et de paramètres S à basse température, inclue des sources de bruit permettant de simuler le bruit de phase résiduel du transistor (composante en 1/f et plancher de bruit). En utilisant ce modèle, un amplificateur cryogénique à faible bruit de phase a pu être conçu et optimisé en bruit sur le logiciel Keysight ADS. Un travail similaire a été mené sur des diodes varactors afin d'inclure un circuit d'accord en fréquence pour l'oscillateur, ceci pour permettre un verrouillage de fréquence sur une référence externe. Enfin, à l'aide de ces modèles, un oscillateur tout cryogénique a pu être simulé et réalisé en technologie hybride sur alumine. Il s'agit à notre connaissance du tout premier oscillateur entièrement cryogénique à résonateur supraconducteur. Ce circuit a été mesuré par des techniques de métrologie avancées et les résultats sont présentés dans la thèse.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Llopis, Olivier
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Bruit de phase - Oscillateur - Cryogénie - Résonateur - Amplificateur - Hyperfréquences - Supraconducteur - Haute pureté spectrale
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :19 May 2021 09:39