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Conception et réalisation d'un filtre pour le contrôle d'harmoniques d'un amplificateur de puissance

Nasri, Fathi (2015). Conception et réalisation d'un filtre pour le contrôle d'harmoniques d'un amplificateur de puissance. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 150 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La suppression d'harmoniques dans les amplificateurs de puissance de classe F et de classe F inverse est nécessaire pour avoir un rendement maximal en puissance ajouté. Dans ce contexte, le travail consiste à étudier le filtre coupe-bande à base de lignes couplées interdigitées, comme l'élément adéquat pour le rejet d'harmoniques au niveau d'un amplifrcateur de puissance. Dans ce cadre, la synthèse de ce travail sera composée de deux parties. Dans la première partie du projet, nous étudions la structure proposée d'un filtre à base de cinq lignes couplées interdigitées, pour une fréquence fondamentale égale à 2,14 GHz. Cette étude permettra de montrer trois conceptions de filtre. La première conception représente le filtre coupe-bande à simple encoche qui permet la suppression du 3ème harmonique. La deuxième conception concerne le filtre coupe-bande à double encoche. Il est constitué de sept lignes couplées interdigitées dont les quatre lignes couplées aux bornes sont pliées. Cette conception permet le rejet des deux fréquences de résonances indépendamment, en variant les paramètres de chaque ligne pliée. Les résultats de mesure, après la fabrication de ce filtre, montrent que pour une fréquence fondamentale de 2,14 GHz, ler valeurs des pertes sont de 16,10 dB et de 20,30 dB, respectivement pour le 3ème harmonique (6,42 GHz) et le 5ème harmonique (10,70 GHz). La troisième conception concerne le filtre à triple encoche, qui est formé de neuf lignes couplées interdigitées adjacentes dont les six aux bornes sont pliées. Les résultats de fabrication de ce filtre montrent que les pertes sont de 15,70 dB, de 31,70 dB et de 30,10 dB respectivement pour les harmoniques à rejeter de 6,42 GHz, de 10,70 GHz et de 14,98 GHz. La deuxième partie du projet est divisée en deux étapes. Dans la première étape, nous avons conçu et fabriqué un amplificateur de puissance de classe F inverse en utilisant la technologie GaN HEMT qui fonctionne à 2,14 GHz en utilisant un filtre coupe-bande à simple encoche. Pour cet amplificateur, le 3ème harmonique est rejeté par le filtre et le 5ème harmonique est supprimé par une ligne de transmission traditionnelle λ/4 à 10,70 GHz. Ce filtre présente un minimum de perte d'insertion égale à 0,80 dB, au niveau de la fréquence fondamentale. Le rendement en puissance ajoutée mesuré est de 61,60 % avec un gain de 13 dB à 2,14 GHz. En utilisant la technologie de GaN HEMT, la seconde étape porte sur la fabrication et les tests de cet amplificateur de puissance. Ce dernier utilise un filtre coupe-bande à double encoche afin de supprimer le 3ème et le 5ème harmoniques d'un signal de fréquence fondamentale égale à 2,14 GHz. Il est enfin intéressant de noter que le rendement maximal mesuré en puissance ajoutée est égal à 66,30 % et le gain à 10,70 dB pour une fréquence de 2,14 GHz. -- Mot(s) clé(s) en français : Filtre coupe-bande, Suppression d'harmoniques, Amplificateur de puissance, GaN, Rendement en puissance ajoutée. -- ABSTRACT: The harmonic control is required to have maximum power added efficiency of Class-F and Inverse Class-F power amplifiers. In this context, we are investigating the band-stop filter based on inter-digital coupled lines for the harmonic suppression in a power amplifier. This work is divided into two parts: The first part is to investigate on the proposed filter structure based on five inter-digital coupled lines at a fundamental frequency of 2.14 GHz. In the first part, we proposed three concepts of filter: The first concept is a band-stop filter made up of five inter-digital coupled lines with two coupled lines at the end and bent to adjust the notch frequency. The second concept is a band-stop filter with dual notches. It is made up of seven inter-digital coupled lines with four coupled lines and they are bent at the end of the line. Those bent coupled lines make it possible to reject independently the harmonic frequency by varying the parameters of each bent line. At a fundamental frequency of 2.14 GHz, measured rejection for the third harmonic (6.42 GHz) and the fifth harmonic (10.70 GHz) are 16.10 dB and 20.30 dB. The third concept is a band-stop filter with triple notches. It is made up of nine adjacent inter-digital coupled lines. Six lines are bent at the end. The measurement results show that the S21 are 15.70 db, 31.70 dB and 30.10 dB for the harmonic frequencies of 6.42 GHz, 10.10 GHz and 14.98 GHz respectively. The second part is divided in two steps. In the first step, we designed and made inverse class F power amplifier using GaN HEMT technology at 2.l4 GHz with a single notch band-stop filter. For this amplifier, the third harmonic is rejected by a proposed band-stop filter and the fifth harmonic is suppressed by a traditional λ/4 transmission line at 10.70 GHz. This filter has an insertion loss of 0.80 dB at 2.14 GHz. The measured power added efficiency is 61.60 % with a gain of 13 dB at 2.14 GHz. In the second step, a power amplifier was designed and tested using a band-stop filter by suppressing the third and fifth harmonic at a fundamental frequency of 2.14 GHz. The measured maximum power added efficiency is 66.30 % with a gain of 10.70 dB at 2.l4 GHz. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Band-stop filter, Harmonic suppression, GaN, Power added efficiency, Power amplifier.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Park, Chan-Wang
Informations complémentaires: Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maîtrise en ingénierie.
Mots-clés: Harmonique Amplificateur Puissance Conception Filtre Controle
Départements et unités départementales: Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 01 févr. 2017 19:27
Dernière modification: 09 mars 2017 18:08
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1125

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