An accurate noise measurement is essential to a proper characterization of a noisy device. In the 1950s, the IRE first proposed the classical noise parameters for characterizing a noisy linear two-port network, and subsequently a measurement and extraction procedure. Since then, the task of accurately characterizing the parameters has always been challenging due to the sensitive nature of the noise parameters. This is especially so for an on-wafer device noise measurement, as opposed to that of a packaged device, due to various factors such as the lower noise level and losses in the signal path. Combined with the downscaling of the MOSFET technology in recent decades, which also improved the device's noise performance, they make noise measurement and characterization become even more difficult. A typical noise measurement starts with the calibration or characterization of the measurement system. This step is as important as the measurement itself in terms of the ultimate accuracy of the results. This thesis presents a noise receiver characterization method which improves upon existing methods by accurately taking into account the different reflection coefficient of the noise source between its hot and cold states. The improvement allows more precise determination of the receiver characterizations. Numerous studies have investigated the effect of the choice of the source terminations on the noise measurement results. These studies often provided contradicting suggestions on the selection techniques. In the thesis, a selection technique is proposed that allows quick determination of desirable terminations. Analyses using real measurement data on a 65 nm n-type MOSFET show that the proposed technique is able to provide terminations that yield noise parameters with smaller uncertainties relative to other terminations. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

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Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: Rapid Single Flux Quantum (RSFQ) logic cells are discussed, and new cells developed. The expected yield of every cell is computed through a Monte Carlo analysis, and where necessary these cells are optimized for use in a complex system. A mathematical study of the Josephson junction and SQUIDs (Superconducting Quantum Interference devices) as switching elements precede a discussion on the operation of RSFQ and COSL (Complementary Output Switching Logic.) These logic families are implemented in low temperature niobium technology, and require liquid helium cooling. A 10 GHz oversampling delta modulating analogue-to-digital converter is then designed and constructed using RSFQ and COSL building blocks in a hybrid configuration. The design emphasis is on devising ways to test the operation of RSFQ with limited equipment. Yield analysis procedures on the complex system are discussed, followed by a detailed discussion on the circuit layout and layout problems. Software routines are developed to calculate the required dimensions of layout structures. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Rapid Single Flux Quantum (RSFQ) logiese selle word bespreek, en enkele nuwe selle word ontwikkel. Die verwagte opbrengs, of kans dat 'n sel sal werk, word bereken deur 'n Monte Carlo analise. Waar nodig word selle met behulp van die analise verbeter vir gebruik in 'n komplekse stelsel. 'n Wiskundige studie van die Josephson-vlak en SQUIDs (Superconducting Quantum Interference devices) word gevolg deur 'n bespreking oor die werking van RSFQ en COSL (Complementary Output Switching Logic.) Hierdie logiese families word geïmplementeer in laetemperatuur niobiumtegnologie, en vereis vloeibare helium-verkoeling. 'n Deltamodulerende analoog-na-digitale omsetter met 'n intree-monstertempo van 10 GHz word ontwerp en vervaardig met 'n hibriede samestelling van RSFQ en COSL boublokke. Die ontwerp fokus op maniere om die werking van RSFQ teen 10 GHz te kan toets met die beperkte toerusting wat beskikbaar is. Opbrengsanalise op die komplekse stelsel word bespreek, gevolg deur 'n volledige bespreking van die stroombaanuitlegprosedure en uitlegprobleme. Roetines word in sagteware ontwikkel om die nodige dimensies van uitlegstrukture te bereken.

Le multipactor est un phénomène parasite qui se produit dans les dispositifs où l'on transmet une onde hyperfréquence sous vide tels que les tubes électroniques à vide, les cavités résonnantes pour accélérateurs de particules et les circuits micro-ondes à bord des satellites. Il consiste en une avalanche d'électrons mis en mouvement par un champ hyperfréquence. La simulation du multipactor est cruciale dans tout design de structure HF sous vide. Les géométries complexes 3D d'objets imposent de posséder des outils de simulations tridimensionnels pour prédire ce phénomène. Le premier travail de cette thèse a consisté à valider un logiciel de simulation 3D du multipactor, Musicc3D, à la fois par le calcul et l'expérimentation. Une étude théorique à une dimension ainsi qu'une simulation 2D éprouvée ont été réalisées et les résultats du logiciel Musicc3D ont été favorablement confrontés à leurs résultats. Des règles de définition du maillage 3D ont été établies pour un bon fonctionnement de la simulation 3D. Toujours pour valider la simulation, l'ensemble des cavités accélératrices construites par l'IPNO ces dernières années a été simulé et favorablement comparé aux observations de barrières de multipactor quand elles existaient. Dans le but d'exploiter les prédictions de la simulation 3D, mais aussi de la valider et enfin d'être capable de qualifier différents matériaux et/ou états de surfaces, une cavité résonnante équipée de mesures dédiées au multipactor a été construite. Les premiers résultats obtenus avec cette cavité ont été favorablement comparés à la simulation. / Multipacting is a parasitic phenomenon and extremely detrimental in devices where there is a ultra high frequency wave transmitted in a vacuum environment such as vacuum electron tubes, resonant cavities for particle accelerators and microwave circuits on board of satellites. It consists of an avalanche of electrons put in motion by a microwave field. Multipacting simulation is crucial in any HF structure design. The complex 3D geometrics obligates to have three-dimensional simulation tools to predict this phenomenon. The first study in this thesis consisted in validating a 3D simulation software of Multipacting, Musicc3D, by calculation and experimentation. A theoretical study with one dimension and a a tested 2D simulation were carried out and the results of the software Musicc3D were favorably confronted to their results. 3D grid definition rules were established for the proper working of the 3D simulation. Also to validate the simulation, the whole of the park of accelerating cavities built by the IPNO these last years was simulated and favorably compared with the observations of barriers of Multipacting when they existed. With an aim of exploiting the predictions of the 3D simulation, but also to validate it and finally be able to qualify various materials and/or state of surfaces, a resonant cavity equipped with measurements dedicated for Multipacting was built. The first results obtained with this cavity were favorably compared to the simulation.

Afin d'étudier la faisabilité de la technologie ADS (« Accelerator Driven System ») pour la transmutation des déchets hautement radiotoxiques le projet MYRRHA (« Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications ») a pour objectif la construction d'un démonstrateur de réacteur hybride (50 à 100 MWth). Pour cela le réacteur sous-critique nécessite un accélérateur de forte puissance délivrant un faisceau continu de protons (600 MeV, 4mA), avec une exigence de fiabilité très élevée. La solution de référence retenue pour cette machine est un accélérateur linéaire supraconducteur. Ce mémoire de thèse décrit le travail de recherche - entrepris depuis octobre 2008 à l'IPN d'Orsay - portant sur la conception et la mise au point d'un module supraconducteur et des systèmes de régulation associés à sa cavité accélératrice, pour la partie haute énergie de l’accélérateur. Dans un premier temps, le design et l’optimisation de cavités accélératrices 5-cellules (β=0,65), fonctionnant à la fréquence de 704,4 MHz, sont présentés. Ensuite, la partie expérimentale se concentre sur l’étude de fiabilité du « cryomodule » prototype accueillant une cavité elliptique 5-cellules (β=0,47). Au cours de cette étude on s’est notamment attaché à mesurer et à caractériser le comportement dynamique du système d’accord. Les problématiques de maintient du « plat de champ » dans les cavités multi-cellules « bas béta » ont aussi été mises en évidence. Enfin, une analyse sur la tolérance aux pannes de l’accélérateur linéaire a été menée. Dans ce but, une modélisation de la cavité, de sa boucle de régulation RF (radiofréquence) et de la boucle de contrôle de son système d'accord, a été développée afin d'étudier les comportements transitoires de cet ensemble. Cette étude a permis de chiffrer les besoins en puissance RF et les performances requises du système d’accord et de démontrer la faisabilité d’un réglage rapides des cavités supraconductrices afin de minimiser le nombre d’arrêts faisceau dans le linac de MYRRHA. / The MYRRHA ( Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications ) project aims at constructing an accelerator driven system (ADS) demonstrator (50 à 100 MWth) to explore the feasibility of nuclear waste transmutation. Such a subcritical reactor requires an extremely reliable accelerator which delivers a CW high power protons beam (600 MeV, 4 mA). The reference solution for this machine is a superconducting linear accelerator. This thesis presents the work - undertaken at IPN Orsay in October 2008 - on the study of a prototypical superconducting module and the feedback control systems of its cavity for the high energy part of the MYRRHA linac. First, the optimization and the design of 5-cell elliptical cavities (β=0,65), operating at 704.4 MHz, are presented. Then, the experimental work focuses on a reliability oriented study of the “cryomodule” which hold a prototypical 5-cell cavity (β=0,47). In this study, the dynamic behavior of the fast tuning system of the cavity was measured and qualified. The “field flatness” issue in “low beta” multi-cell cavity was also brought to light. Finally, a fault-tolerance analysis of the linac was carried out. Toward this goal, a model of the cavity, its RF feedback loop system and its tuning system feedback loop was developed. This study enabled to determine the RF power needs, the tuning system requirements and as well as to demonstrate the feasibility of fast fault-recovery scenarios to minimize the number of beam interruptions in the MYRRHA linac.

The design of a 24 GHz frequency divider-by-10 for accurate indoor localisation systems is presented. It is proposed to use frequency dividers as active reflector tags in a frequency-modulated continuous wave indoor localisation system in order to reduce interferences caused by direct reflections of the interrogating signal. Since frequency dividers are subharmonic generators, this allows achieving conversion gain in the reflected signal. The frequency divider is fabricated using GLOBAL FOUNDRIES 45 nm-silicon-on-insulator technology. It consumes only 5.7 mW from a 1 V supply. It has a wide locking range of 33% and an efficiency of 3.58 GHz/mW. To the best of authors' knowledge, the use of frequency dividers as active reflectors was not studied before.