MMIC Ultra Faible Consommation Cryogénique et Ambiant pour Télécommunications Spatiales en Bande Q – Low.IQ

L’objectif principal du projet est de développer des récepteurs faible bruit en bande Q. Les applications visées sont les télécommunications spatiales, avec comme axes:
- Un fonctionnement à température ambiante pour l’application Payload, pour laquelle les performances fréquentielles et en bruit sont importantes
- Un fonctionnement à température cryogénique pour les stations au sol, de type Gateway. L’utilisation de circuit de réception refroidi doit permettre par amélioration du ratio gain sur température de bruit de diminuer la taille de l’antenne de réception. La diminution de la puissance dissipée est aussi intéressante pour la cryogénie.

Ces applications s’inscrivent dans une recherche à moyen terme, ce qui implique une recherche industrielle. Ce projet trouve également sa justification par l’absence de circuits faible bruit haute performance et faible consommation pour les applications spatiales embarquées. A plus long terme d’autres retombées sont attendues : l’utilisation de circuits ultra faible consommation pour les applications futures mobiles, communicantes et autonomes.

Dans le cadre de ce projet seront développés des circuits intégrés faible bruit à température ambiante et cryogénique, faible consommation grâce à la réduction des tensions d’alimentation. A température cryogénique, des démonstrateurs de type récepteur dans la bande 37-40GHz intégrant le système de refroidissement ainsi que les circuits intégrés développés seront réalisés. Ces récepteurs et circuits intégrés constitueraient une avancée technologique importante.

Ces travaux de recherche sont motivés par l’absence de technologie en bande Q à ultra basse consommation pour les applications de communication. Actuellement en Europe, les technologies industrielles existantes sont axées sur les performances fréquentielles et de bruit, tandis que la faible consommation n’est pas abordée, exceptée aux USA.
Nous envisageons de développer des filières technologiques, basées sur des matériaux petit gap (InAlAs/InGaAs et alternative AlSb/InAs), motivées par leur très forte mobilité électronique, qui devrait compenser la dégradation des performances électriques liées à la réduction des tensions d’alimentation. En France, la société OMMIC propose une technologie 70 nanomètres, dont les performances pourraient s’avérer insuffisantes pour les applications visées dans ce projet. C’est pourquoi nous envisageons de développer et d’utiliser une filière de longueur de grille plus courte basée sur la plateforme technologique de OMMIC, ainsi que d’explorer une nouvelle filière académique à matériau antimoine.

Les principaux points abordés seront:
-Le développement d’une filière HEMT InGaAs 50nm et Sb-HEMT 70nm
-L’étude de leur potentialité pour la faible consommation
-La réalisation de MMIC LNA en bande Q avec comme contrainte une réduction de la consommation d’un facteur 10 par rapport aux performances actuelles
-La réalisation de récepteurs cryogéniques en bande Q

Ces travaux s’appuient sur les compétences complémentaires de quatre laboratoires de recherche :
- OMMIC pour son activité de fabrication et de commercialisation de composants et circuits
- TAS pour le développement de produit commerciaux pour les communications spatiales, et son activité de conception de circuits intégrés.
- Callisto pour la commercialisation et le développement de systèmes cryogéniques pour applications spatiales
- IEMN pour ses travaux sur les filières technologiques antimoine, la caractérisation hyperfréquence, et son activité sur la faible consommation

Le programme de travail s’articule autour de deux phases principales :
- Le développement de nouvelles filières de composants et de l’élaboration des modèles électriques associés. Durant cette phase, il sera aussi développé un récepteur cryogénique, utilisant la technologie stabilisée 70nm d’OMMIC
- Le développement de MMICs basse consommation pour réalisation d’un récepteur cryogénique.