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Thesis defence / RMS
On March 23, 2023
David OUATTARA - RMS team
Composition of the jury
Philippe FERRARI - Thesis director - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - TIMA Laboratory (France)
Cédric DURAND - Co-thesis director - Doctor in Sciences - STMicroelectronics (France)
Sylvain BOURDEL - Co-thesis director - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - TIMA Laboratory (France)
Éric KERHERVÉ - Rapporteur - Full professor - Université de Bordeaux (France)
Hervé AUBERT - Rapporteur - Full professor - Institut National Polytechnique de Toulouse (France)
Philippe BENECH - Examinator - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - G2ELab (France)
Frédéric PAILLARDET - Guest - STMicroelectronics
Marc MARGALEF ROVIRA - Guest - STMicroelectronics
Composition of the jury
Philippe FERRARI - Thesis director - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - TIMA Laboratory (France)
Cédric DURAND - Co-thesis director - Doctor in Sciences - STMicroelectronics (France)
Sylvain BOURDEL - Co-thesis director - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - TIMA Laboratory (France)
Éric KERHERVÉ - Rapporteur - Full professor - Université de Bordeaux (France)
Hervé AUBERT - Rapporteur - Full professor - Institut National Polytechnique de Toulouse (France)
Philippe BENECH - Examinator - Full professor - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP) - G2ELab (France)
Frédéric PAILLARDET - Guest - STMicroelectronics
Marc MARGALEF ROVIRA - Guest - STMicroelectronics
Design of phase shifters based on new architectures for mm-wave applications: 5G/6G & automotive radar.
Keywords: millimetre bands, automotive radars, 5G, phase shifters
Systems operating in millimeter bands are now an evidence to satisfy the need for data rates for mobile communications. To take full advantage of the bandwidth offered in millimeter bands, it is essential on the one hand to have local oscillators allowing to scan a wide range of frequencies, and to change the way in which the terminals and relays operate to meet the energy requirements. In the case of local broadband oscillators, this involves the production of VCOs with a wide frequency tunability, while in the case of energy problems, the solution is to focus the beam to achieve low-energy point-to-point communications. To have a dynamic point-to-point communication required for mobile applications, it is necessary to be able to modify the orientation of the beams by electronic control. This involves the use of phased arrays that require phase shifters to modify the phase of the signals to be transmitted or received at each antenna. Overall, a phase shifter is expected to be accurate at the phase level and to have the highest possible factor of merit (the ratio between phase shift and the insertion loss). In the literature, there are active and passive phase shifters. Active phase shifters are the most widely used due to the simplicity of the architecture and their compact and inexpensive geometry on the silicon surface. However, they suffer from a high DC consumption, because of the “active circuit” approach. The drawback of this approach is that it also deteriorates linearity, limiting transmission power. Passive phase shifters address DC consumption and linearity issues. On the other hand, they have high insertion loss and use a large silicon area. The objective of the thesis is to work on passive phasers, despite the disadvantages mentioned above. Also, to value passive phase shifters compared to active phase shifters, we decided to work at 120 GHz where active components begin to show their limits at the level of consumption (due to lower yield) and linearity.
Conception de déphaseurs innovants pour des applications en bande millimétrique : 5G/6G et radars automobiles
Mots clés : 5G, radars automobiles, déphaseur, bande millimétrique
Les systèmes fonctionnant dans des bandes millimétriques sont maintenant une preuve pour satisfaire le besoin de taux de données pour les communications mobiles. Pour tirer pleinement parti de la bande passante offerte en bandes millimétriques, il est essentiel, d’une part, d’avoir des oscillateurs locaux permettant de balayer une large gamme de fréquences et, d’autre part, de changer la façon dont les terminaux et les relais fonctionnent pour répondre aux besoins énergétiques. Dans le cas des oscillateurs locaux à large bande, il s’agit de la production de COV à large tunabilité de fréquence, tandis que dans le cas de problèmes énergétiques, la solution est de focaliser le faisceau pour obtenir des communications point à point à faible énergie. Pour avoir une communication dynamique point à point requise pour les applications mobiles, il est nécessaire de pouvoir modifier l’orientation des faisceaux par commande électronique. Cela implique l’utilisation de tableaux de phases qui nécessitent des déphaseurs pour modifier la phase des signaux à transmettre ou à recevoir à chaque antenne. Dans l’ensemble, un déphaseur devrait être précis au niveau de la phase et avoir le facteur de mérite le plus élevé possible (le rapport entre le déphasage et la perte d’insertion). Dans la littérature, il existe des déphaseurs actifs et passifs. Les déphaseurs actifs sont les plus utilisés en raison de la simplicité de l’architecture et de leur géométrie compacte et peu coûteuse sur la surface de silicium. Cependant, ils souffrent d’une consommation élevée de courant continu, en raison de l’approche « circuit actif ». L’inconvénient de cette approche est qu’elle dégrade également la linéarité, limitant la puissance de transmission. Les déphaseurs passifs répondent aux problèmes de consommation de courant continu et de linéarité. D’autre part, ils ont une perte d’insertion élevée et utilisent une grande surface de silicium. L’objectif de la thèse est de travailler sur les phaseurs passifs, malgré les inconvénients mentionnés ci-dessus. Aussi, pour évaluer les déphaseurs passifs par rapport aux déphaseurs actifs, nous avons décidé de travailler à 120 GHz où les composants actifs commencent à montrer leurs limites au niveau de la consommation (en raison d’un rendement plus faible) et de la linéarité.
Mots clés : 5G, radars automobiles, déphaseur, bande millimétrique
Les systèmes fonctionnant dans des bandes millimétriques sont maintenant une preuve pour satisfaire le besoin de taux de données pour les communications mobiles. Pour tirer pleinement parti de la bande passante offerte en bandes millimétriques, il est essentiel, d’une part, d’avoir des oscillateurs locaux permettant de balayer une large gamme de fréquences et, d’autre part, de changer la façon dont les terminaux et les relais fonctionnent pour répondre aux besoins énergétiques. Dans le cas des oscillateurs locaux à large bande, il s’agit de la production de COV à large tunabilité de fréquence, tandis que dans le cas de problèmes énergétiques, la solution est de focaliser le faisceau pour obtenir des communications point à point à faible énergie. Pour avoir une communication dynamique point à point requise pour les applications mobiles, il est nécessaire de pouvoir modifier l’orientation des faisceaux par commande électronique. Cela implique l’utilisation de tableaux de phases qui nécessitent des déphaseurs pour modifier la phase des signaux à transmettre ou à recevoir à chaque antenne. Dans l’ensemble, un déphaseur devrait être précis au niveau de la phase et avoir le facteur de mérite le plus élevé possible (le rapport entre le déphasage et la perte d’insertion). Dans la littérature, il existe des déphaseurs actifs et passifs. Les déphaseurs actifs sont les plus utilisés en raison de la simplicité de l’architecture et de leur géométrie compacte et peu coûteuse sur la surface de silicium. Cependant, ils souffrent d’une consommation élevée de courant continu, en raison de l’approche « circuit actif ». L’inconvénient de cette approche est qu’elle dégrade également la linéarité, limitant la puissance de transmission. Les déphaseurs passifs répondent aux problèmes de consommation de courant continu et de linéarité. D’autre part, ils ont une perte d’insertion élevée et utilisent une grande surface de silicium. L’objectif de la thèse est de travailler sur les phaseurs passifs, malgré les inconvénients mentionnés ci-dessus. Aussi, pour évaluer les déphaseurs passifs par rapport aux déphaseurs actifs, nous avons décidé de travailler à 120 GHz où les composants actifs commencent à montrer leurs limites au niveau de la consommation (en raison d’un rendement plus faible) et de la linéarité.
Date
On March 23, 2023
Complément date
23/03/2023 - 10:00
Localisation
Complément lieu
Grenoble INP - Viallet site - Amphi Barbillion
The defence will also be available via Zoom (link available soon)
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