Intégration en technologie CMOS de circuits de contrôle pour antennes reconfigurables

Millet, Elouan (2026). Intégration en technologie CMOS de circuits de contrôle pour antennes reconfigurables. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire présente la conception et l’essai d’un circuit intégré en technologie CMOS de 65 nm, capable de fonctionner simultanément comme détecteur de puissance et mélangeur de fréquence.

Les futurs réseaux 5G et 6G intégreront un grand nombre de nœuds satellitaires, nécessitant des antennes simples et capables de modeler leur faisceau. Les antennes réseau reconfigurables avec des diodes de déphasage sont idéales pour cette application. Notre circuit contribue à l’amélioration du contrôle de la polarisation des diodes à capacité variable, qui ont tendance à engendrer de la distorsion, en mesurant la puissance et la distorsion du signal déphasé.

Suite à une analyse théorique , nous avons conçu un circuit intégré simple de détecteur-mélangeur en nous basant sur un circuit de détecteur de puissance existant. Nous avons également conçu un circuit imprimé dédié pour tester la puce.

Lors de ces mesures, nous avons pu confirmer la double fonctionnalité du circuit. Le circuit bénéficie d’une plage dynamique de 27,7 dB en tant que détecteur et de 42 dB en tant que mélangeur, ainsi que d’un taux de réjection des produits d’intermodulation néfastes de plus de 30 dB sur une grande partie de la plage dynamique. Il peut recevoir des signaux allant jusqu’à 10,5 GHz; et le signal à sa sortie peut aller jusqu’à 1 GHz. Le circuit actif n’occupe qu’une surface de 1 507,7 μm2; et il ne consomme que 3,3 mW maximum au repos. Même s’il existe d’autres détecteurs quadratiques et mélangeurs avec de meilleures performances, les résultats nous encouragent à approfondir les études théoriques sur la non-linéarité des transistors, ainsi qu’à améliorer le circuit présenté.

Titre traduit

CMOS integration of a reconfigurable antenna array control circuit

Résumé traduit

This thesis covers the design and the trial of a 65-nm CMOS circuit that functions both as a power detector and a mixer, thanks to the square-law properties of its transistors.

Future 5G and 6G networks will integrate a great number of satellite nodes, requiring simple antennas with beam-forming capabilities. Reconfigurable reflectarray antennas, using diode-based phase shifters, are well-suited for such applications. This work contributes to the enhancement of these antennas. The goal of our circuit is to allow smarter control of the biasing of varicap diodes, which are notorious for their tendency to distort signals, by measuring the power and the distorsion of the signal.

Following a theoretical analysis, we designed a simple and easily integrable square-law detector mixer. The circuit is based on the design of an existing power envelope detector. Then, we conceived a printed circuit board designed to host the chip for measurements.

Through experimental validation, we confirmed the circuit’s dual functionality. The circuit boasts a dynamic range of 27.7 dB as a detector and 42 dB as a mixer. It also demonstrates an intermodulation rejection ratio exceeding 30 dB across most of the dynamic range. The circuit can process signals of up to 10.5 GHz, with an estimated output bandwidth of 1 GHz. This very simple circuit covers an area of 1,507.7 μm2 and consumes at most 3.3 mW of power. Although other detectors and mixers have proven to have better performance figures, these results are encouraging and motivate further exploration of square-law circuits and improvement upon our design.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 165-173).
Mots-clés libres:	détecteur, mélangeur, CMOS, quadratique, non-linéarité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Constantin, Nicolas
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	13 mars 2026 14:28
Dernière modification:	13 mars 2026 14:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3852

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