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This manuscript describes an innovative use of the Unequally Spaced Multi-Tones test signal to achieve linearity characterization of telecommunication transmitter (5G). This signal offers new perspectives of characterization using real waveform involving a reduce number of tone test signal, which in turn behaves as an extension of the 2-tone characterization. This innovative test signal is easy to generate, to measure and to analyze. It required not particular expensive hardware to be generated (arbitrary waveform generator, spectrum analyzer). It is particularly interesting for production line testing, from on-wafer measurements up to radiofrequency front-end, passing through packaged transistor. This thesis demonstrated the feasability of automation of multi-tone measurement, using this particular USMT signal, for load-pull measurement (passive and active) of telecommunications transmitters. Managing this measurement technics represents a competitive advantage at all levels of the radio frequency front-end design and an undeniable financial gain.; Cette thèse présente l’utilisation innovante du signal \textit{Unequally Spaced Multi-Tones (USMT)} dans la mesure de linéarité des transmetteurs de télécommunications (5G). Ce signal offre une nouvelle perspective permettant la caractérisation des formes d’ondes réelles en utilisant un signal avec un nombre de tons très réduit, se comportant comme une extension de la caractérisation 2-tons. Ce signal est simple à mettre en œuvre, à mesurer et à analyser. Il nécessite des moyens peu onéreux, (générateur de signaux arbitraires, analyseur de spectre). Il peut s’utiliser à différent niveau de l'industrie: de la fabrication (wafer) jusqu'à la ligne de production, en passant par les transistors packagés. Cette thèse a démontré la faisabilité d’un banc automatique de mesures multi-tons, utilisant ce signal USMT, pour la caractérisation load-pull (passif et actif) de transmetteurs de télécommunications. La maîtrise de cette technique de mesure des non-linéarités représente un avantage concurrentiel à tous les niveaux de la conception du front-end radio fréquence et un gain financier indéniable.

A novel digital predistortion (DPD) technique based on single loop feedback, nonlinear auto-regressive moving average (NARMA) structure is presented. The distinctive characteristics of this DPD is its straightforward deduction from the NARMA model of the power amplifier (PA) characteristics to be linearized, and the direct learning approach used to identify the DPD function. Moore-Penrose pseudo inverse technique is used to calculate the least mean square solutions, and it's performance is also reported. The proposed DPD technique is tested and validated on a 12 Watt Doherty power amplifier (DPA), with Long Term Evolution (LTE), and multicarrier Wideband Code Division Multiplexing Access (WCDMA) signals at 2.4 GHz. Simulation and experimental results show that such DPD is able to assure the linearity requirements of LTE and WCDMA standards by reducing the Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) level at DPA output, from −35dBc to −50dBc relative to the carrier, and the Error Vector Magnitude (EVM) reduced from 24.6% to 1.6%. Moreover, a comparative study between the proposed DPD technique and Memory Polynomial DPD (MP-DPD) has also been carried out. The experimental comparison demonstrates the superior performance of the novel DPD formulation with respect to MP-DPD achieving an improvement of 6 dBc and 12 percentage points in ACPR and EVM, respectively.

This article presents the design and evaluation of a linear 3.3 V SiGe power amplifier for 3 G and 4 G femtocells with 18 dBm modulated output power at 2140 MHz. Different biasing schemes to achieve high linearity with low standby current were studied. The adjacent channel power ratio linearity performance with wide-band code division multiple access (3 G) and long term evolution (4 G) downlink signals were compared and differences analysed and explained.

The researches carried out in this thesis are related to the design of protection and linearization circuits enabling RF power amplifier modules to meet all the constraints of wireless telephony, namely: ruggedness, linearity, low power consumption, downsizing and cost. In the first part of this memory, we study the improvement of power amplifier ruggedness against impedance mismatches that are induced by environment variations of the handset antenna. The analysis of the failure mechanisms of HBT GaAs and HBT SiGe transistors demonstrates that the current of the final stage has to be limited. Then, we designed an original protection circuit based on the detection of the collector current of the power transistor. The developed protection circuit is very compact and it is monolithically integrated on a power amplifier die. It does alter neither the output power, nor the power added efficiency under a 50 Ohms load. The protected power amplifier passes ruggedness tests with VSWR up to 10 and battery voltages up to 5V. The simplicity and the effectiveness of the current detection circuit has enabled in a second step, the design of a linearization circuit compatible with a monolithic integration in a power amplifier for EDGE and WCDMA standards. The linearization technique, which is based on envelope injection, is implemented using an innovative topology for the detection of the signal envelope. Thanks to the ultra low current consumption of the new linearization circuit, it becomes possible to overcome the linearity/efficiency trade-off usually encountered. This new linearization circuit is implemented into a PA which is integrated in a HBT SiGe technology. The PA linearity is enhanced by 12 dB at the nominal output power; Les travaux développés ici traitent de la mise en Suvre de techniques de protection et de linéarisation permettant aux modules d'amplification de puissance de répondre à toutes les contraintes de la téléphonie mobile que sont la robustesse, la linéarité, une très faible consommation, la miniaturisation et le coût. Dans une première partie, nous traitons de l'amélioration de la robustesse des amplificateurs de puissance RF vis-à-vis des désadaptations d'impédance induites par les variations d'environnement de l'antenne du téléphone portable. L'analyse des mécanismes de défaillance, des transistors HBT GaAs et HBT SiGe, nous mène à conclure à la nécessaire limitation du courant de l'étage final. Nous avons alors conçu un circuit de protection original, basé sur la détection précise du courant collecteur des transistors de puissance. De très faibles dimensions et monolithiquement intégrable, ce circuit n'altère ni la puissance de sortie, ni le rendement en puissance ajoutée lorsque l'amplificateur est nominalement chargé sur 50 Ohms. Un amplificateur de puissance RF intégrant ce dispositif a supporté tous les tests de robustesse jusqu'à des valeurs de VSWR supérieures à dix et pour des tensions de batterie supérieures à cinq volts. La simplicité et l'efficacité du circuit de détection de courant nous a conduit, dans un second temps, à envisager la conception d'un circuit de linéarisation monolithiquement intégrable sur un amplificateur de puissance RF, pour les standards EDGE et WCDMA. Le principe de linéarisation par injection d'enveloppe a alors été mis en Suvre grâce à une nouvelle topologie pour la détection de l'enveloppe du signal modulé. En raison de la très faible consommation en courant du dispositif innovant de linéarisation, il devient possible de s'affranchir du compromis linéarité/rendement en puissance ajoutée, intervenant généralement. Ce dispositif a été implémenté sur un amplificateur de puissance en technologie HBT SiGe. La Linéarité de l'amplificate ur a ainsi été améliorée de 12 dB à la puissance de sortie nominale, tout en maintenant constant le rendement en puissance ajoutée de l'amplificateur, même pour les faibles puissances de sortie (low power mode).

This work presents the design and implementation of a stand-alone linear power amplifier at 2.4 GHz with high output power. A GaN HEMT transistor is selected for the design and implementation of the power amplifier. The device exhibits a gain of 11.7 dB and a drain efficiency of 39 % for an output power of 36.7 dBm at 2.4 GHz for an input power of 25 dBm. The carrier to intermodulation ratio is better than 25 dB for a two tone input signal of 25 dBm of total power and a spacing of 5 MHz. The fabricated device is also tested with LTE input signals of different bandwidths (5 MHz to 20 MHz).