Thesis defence of Mehdi Otmani (RMS team): Design Methodology for Wideband Class-E Load Modulated Power Amplifiers

Mehdi OTMANI - RMS team

Direction of the thesis
Jean-Daniel ARNOULD - Thesis director - Associate professor - Grenoble INP / TIMA Laboratory


Rapporteurs
To be defined

Composition of the jury
Jean-Daniel ARNOULD - Thesis director - Associate professor - Grenoble INP / TIMA Laboratory
To be defined

Title: Design Methodology for Wideband Class-E Load Modulated Power Amplifiers
Keywords: 5G, class-E, load modulation, power amplifier (PA), wideband, wireless
Abstract: Massive MIMO (mMIMO) architectures represent a key technology for future fifth and sixth generation (5G/6G) wireless communication systems. To meet the growing demands in terms of network capacity, bandwidth, and energy efficiency, special attention is being given to the exploration of C (3 to 5 GHz) and X (8 to 12 GHz) bands. These frequency bands offer a promising compromise between sub-3 GHz solutions, which provide wide coverage but limited bandwidth, and mm-Wave solutions which enable very high data rates at the cost of increased power consumption and reduced coverage. In this context, research efforts are underway to assess the potential of these bands for the design of wideband mMIMO systems with improved energy efficiency. One of the key path for improvement lies in the use of load-modulated amplifiers, an architecture particularly well-suited to 5G/6G signals. Historically developed for narrowband applications, a significant effort is required to explore new design methodology for these amplifiers to meet the new bandwidth and efficiency constraints. The objective of this thesis is to propose and develop new design methodologies for load-modulated power amplifiers, capable of adressing wider operation bandwidth while acheiving improved energy efficiency. This work is part of a global approach aimed at advancing RF architectures and their intergration technology toward higher-performance solutions, in line with the requirements of future generations of mobile networks.

Titre : Méthodologie de conception d'amplificateur class-E à modulation de charge et large bande
Mots-clés : 5G, amplificateur de puissance, class-E, large bande, modulation de charge, sans fil
Résumé : Les architectures massive MIMO (mMIMO) représentent une technologie essentielle pour les futurs systèmes de communication sans fil de cinquième et sixième génération (5G/6G). Afin de répondre aux exigences croissantes en termes de capacité de reseau, de bande passante et d'efficacité énergétique, une attention particulière est portée à l'exploitation des bandes C (3 à 5 GHz) et X (8 à 12 GHz). Ces bandes de fréquence constituent un compromis prometteur entre les solutions sub-3 GHz, qui offrent une couverture étendue mais une bande passante limitée, et les solutions sub-THz qui permettent de très hauts débits mais au prix d'une consommation énergétique accrue et d'une portée réduite. Dans cette perspective, des efforts de recherche sont engagés pour évaluer le potentiel de ces bandes dans la conception de systèmes mMIMO à large bande passante, tout en optimisant leur rendement énergétique. Un des leviers majeurs d'amélioration réside dans l'utilisation d'amplificateurs de puissance à modulation de charge, une architecture particulièrement adaptée aux signaux 5G/6G. Historiquement développés pour des applications en bande étroite, ces amplificateurs nécessitent aujourd'hui une evolution de leur méthodologie conception afin de répondre aux nouvelles contraintes de bande de fonctionnement et de rendement énergétique. L'objectif de cette thèse est de proposer et de développer de nouvelles méthodologies de conception d'amplificateurs de puissance à modulation de charge, capables d'élargir la bande passante tout en améliorant l'efficacité énergétique. Ces travaux s'inscrivent dans une démarche globale, visant à faire évoluer les architectures RF et leurs technologies d'intégration vers des solutions plus performantes, en adéquation avec les exigences des futures générations de réseaux mobiles.