INTRODUCCIÓN A AMPLIFICADORES EN MICROONDAS (I) ()

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(1)C ít l 10: Capítulo 10 Amplificadores de microondas Objetivo: Diseño de amplificadores de microondas. Se partirá de los parámetros medidos o proporcionados por el fabricante para llegar a construir un amplificador con las características pedidas de: estabilidad, ganancia, ruido, ancho de banda y desadaptación a la entrada y salida pedida (ROEin y ROEout). ) Será indispensable, desde el punto de vista de diseño, el manejo de la carta de Smith. T bié se verán También á características í i adicionales di i l de d diseño di ñ como estrategias de polarización. Por último se contemplarán los tipos de amplificadores de potencia. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 1.

(2) ÍNDICE • • • • • • • • • • • •. Índice. I Introducción. d ió Propiedades de la transformación bilineal. Criterios de diseño de amplificadores de microondas en transmisión transmisión. Estabilidad de amplificadores de microondas: circunferencias de estabilidad. Ganancia en amplificadores de microondas: circunferencias de ganancia. Ruido en amplificadores de microondas: circunferencias de ruido. Desadaptación de entrada y salida: circunferencias de desadaptación. A lifi d Amplificadores de d banda b d ancha. h Polarización de amplificadores. Amplificadores de potencia. potencia Conclusiones.. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 2.

(3) INTRODUCCIÓN A AMPLIFICADORES EN MICROONDAS (I) () •. Origen: amplificadores paramétricos a reflexión construidos básicamente con varactores y circuladores (desde 1958 hasta década de 1970) – Utilizan el concepto de resistencia negativa del diodo varáctor, diodo Gunn o Impatt.. Transformador. IS ZS. • • •. ZD. ZL. Las mejoras realizadas en el transistor bipolar durante la década de los 70 le permitieron que pudiera trabajar como oscilador hasta 10 GHz. GHz Al mismo tiempo se empezaron a utilizar BJTs y MESFETs en circuitos amplificadores en transmisión. Clave: miniaturización y reducción de efectos parásitos de L y C. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 3.

(4) INTRODUCCIÓN (II): DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR DE MICROONDAS EN TRANSMISIÓN • • • •. Se abordará el diseño de amplificadores basados en dispositivos semiconductores. El funcionamiento de los dispositivos será en transmisión transmisión. Se utilizará tecnología híbrida, se integran líneas de transmisión impresas con circuitos integrados (tecnología MIC, microwave integrated circuits). No se presentará la tecnología monolítica (MMIC, monolithic microwave integrated circuits) donde todas las redes aparecen integradas en un circuito único. El diseño de cualquier amplificador en tecnología híbrida requiere distintas tareas. tareas En rojo se marcan las tareas de diseño, propiamente dicho. – – – – – –. Elección del dispositivo transistor. C Caracterización i ió del d l mismo. i Elección del substrato. Diseño de la red de polarización. Diseño de la red de microondas o radiofrecuencia. Medida y ajuste del amplificador.. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 4.

(5) INTRODUCCIÓN (III): DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR DE MICROONDAS • Tipo: bipolar, FET • Configuración: EC, BC • Clase: A, AB, B, C Selección substrato • Fabricante. Elección El ió del d l dispositivo. Caracterización C i ió del dispositivo. Datos del fabricante o caracterización propia. Tecnología. Redd de R d polarización. • Cálculo de impedancias • Síntesis de las redes. Diseño Di ñ dde redes d de adaptación. Medida M did y ajuste. Elementos ajustables. • Selección S l ió ddell punto de d trabajo b j • Circuito DC para obtenerlo • Red de desacoplo • Red R d de d polarización l i ió independiente i d di t del d l circuito i it. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 5.

(6) INTRODUCCIÓN (IV): elección del dispositivo •. •. La tecnología bipolar se utiliza para aplicaciones de hasta 8 GHz, en amplificadores lifi d dde ganancia i ((no son recomendables d bl en bbajo j ruido) id ) y para osciladores por su bajo ruido de fase. Desarrollo de la tecnología de los FET: – En aplicaciones donde el ruido sea importante es la primera opción. – Mayor movilidad de los dispositivos: se pueden alcanzar frecuencias mayores. • Hasta 40 GHz basados en homoestructuras homoestructuras. • Hasta 120 GHz basados en heteroestructuras.. •. Problema: efectos parásitos provocan realimentación del dispositivo que pueden hacerlo oscilar: – Inductancia de la fuente a masa – Capacidad entre drenador (colector) y puerta (base). Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 6.

(7) INTRODUCCIÓN (V): diseño de la red de radiofrecuencia ZS IS. • • •. Red de adaptación de entrada. ZL Red de adaptación de salida. A partir de este instante se prestará atención al diseño de la red de radiofrecuencia y se dejará para el final del tema la red de polarización. La red de radiofrecuencia tendrá por objeto sintetizar las impedancias de fuente (ZS) y de carga (ZL) para conseguir las propiedades que se buscan. Dichas impedancias se consiguen por las llamadas redes de adaptación de entrada y salida. Estas redes, más que redes de adaptación, son redes de transformación de impedancias que transforman las impedancias terminales en las requeridas (ZS) y (ZL). ) Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 7.

(8) INTRODUCCIÓN (VI): objetivo ZL. ZS IS Zf •. •. Red de adaptación d entrada de t d. [S] Zin. Zout. Red de adaptación d salida de lid. Zc. Objetivo: – Determinación de las impedancias de carga ZS y ZL con que es necesario cargar el transistor definido a partir de los parámetros S, transistor, S para conseguir las características de diseño pedidas al amplificador: estabilidad, ganancia, ruido, desadaptación a la entrada y a la salida (desajuste entre ZS y Zin ó ZL y Zout) Medios: – Carta de Smith – Transformación bilineal: Zin= f([S], ZL); Zout=f([S], ZS). Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 8.

(9) TRANSFORMACIÓN BILINEAL (I) •. Punto de partida: – El lugar geométrico de las cargas objeto de diseño suele ser una circunferencia. – La relación entre cargas en dos planos diferentes viene dada por una transformación bilineal. – Una circunferencia en un plano A, mediante una transformación bilineal, se transforma en otra circunferencia en un plano B. •. Repaso, ecuación de una circunferencia: circunferencia, centro (xo, yo) y radio R. •. La carta de Smith trabaja en el plano complejo, luego es conveniente trabajar en dicho p plano. Notación con números complejos: z=x+jy, zo=xo+jyo. •. (x − xo )2 + ( y − yo )2 = R 2 ⇒ x 2 + y 2 − 2 xxo − 2 yyo + (xo2 + yo2 − R 2 ) = 0. Z − Z o − R 2 = 0 ⇒ (Z − Z o ) ⋅ (Z − Z o ) − R 2 = 0 2. *. (. ). Z ⋅ Z * − Z ⋅ Z o* − Z * ⋅ Z o + Z o ⋅ Z o* − R 2 = 0. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. (1) Microondas-10- 9.

(10) TRANSFORMACIÓN BILINEAL (II) • •. El siguiente g paso p es la transformación de un lugar g geométrico g en un plano p en otro lugar geométrico en otro plano. Transformación bilineal del plano complejo Z en el plano complejo W A⋅ Z + B A ⋅ Z + B A* ⋅ Z * + B * 2 2 2 W= ⇒W =ρ ⇒ ⋅ * * − ρ =0 * C⋅Z + D C ⋅Z + D C⋅Z + D. •. Algebraicamente: circunferencias del plano Z se transforman en circunferencias del plano W y viceversa.. (. ). (. ). (. ) (. ). Z ⋅ Z * ⋅ A ⋅ A* − ρ 2C ⋅ C * − Z ⋅ ρ 2C ⋅ D * − A ⋅ B * − Z * ⋅ ρ 2 D ⋅ C * − B ⋅ A* + B ⋅ B * − ρ 2 D ⋅ D * = 0. •. Comparando (1) y (2), la circunferencia |W|2=ρ2 resulta en una circunferencia en el pplano Z con centro y radio: Zo. (ρ =. 2. D ⋅ C * − B ⋅ A* 2. A − ρ2 ⋅ C. 2. ); R = ρ ⋅. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. A⋅ D − B ⋅C 2. A − ρ2 ⋅ C. 2. Microondas-10- 10. ((2)).

(11) DISEÑO DE AMPLIFICADORES DE MICROONDAS UTILIZANDO LOS PARÁMETROS S DEL TRANSISTOR • •. Un transistor viene definido por los parámetros S que da el fabricante o por las medidas que puedan hacerse del mismo conectado a líneas de 50 ohm. Los parámetros S varían con cualquier cambio en la polarización, con cualquier variación en las condiciones de medida (temperatura, humedad, …) – Hay que dejar algún margen de variación de los parámetros S. •. Objetivos de diseño: – – – – – – –. •. Máxima ganancia de potencia. Mínima figura de ruido. ruido Ganancia estable lo que supone que no haya oscilaciones ROE de entrada y salida lo más cercanas a la unidad. Ganancia uniforme en un ancho de banda (ROE por debajo de un valor en esa banda) Respuesta de fase lineal. Insensibilidad a pequeños cambios en los parámetros S. Las topologías L t l í en baja b j frecuencia f i son válidas álid (amplificadores ( lifi d balanceados, b l d cascodo, push-pull, …) pero asegurando la estabilidad del dispositivo – Estabilización mediante cargas resistivas en entrada, salida o ambas (PADDING) – Estabilización mediante realimentación negativa Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 11.

(12) RESUMEN DE PROPIEDADES EN EL DISEÑO DE LA RED DE RADIOFRECUENCIA DE UN AMPLIFICADOR PROPIEDAD Estabilidad. CARACTERÍSTICA. PLANO ΓS. Entrada (se define en Γin que depende de ΓL) Salida (se define en Γout que depende de ΓS). X X. Potencia Ganancia. X. Transducción. X. Disponible. X. Ruido. PLANO ΓL. X. X Entrada. Desadaptación. X. Salida. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. X. Microondas-10- 12.

(13) CONCEPTO DE GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (I) •. Definiciones: – Ganancia i de d potencia: i Gp=(Potencia ( i entregada d a la l carga)/(Potencia )/( i de d entrada d all amplificador) lifi d ) – Ganancia transducción: G= (Potencia entregada a la carga)/(Potencia disponible del generador) – Ganancia disponible: Ga= (Potencia disponible en la carga)/(Potencia disponible del generador). •. •. Desde el punto de vista de diseño la ganancia importante es la de transducción ya que relaciona las potencias a las que se tienen acceso real: la potencia que recibe la carga y la potencia que entrega el generado. No obstante, por razones de simplificar el diseño y considerar sólo una carga (en el plano de salida o en el de entrada), se suele hacer un diseño en términos de ganancia de potencia (plano de salida) o disponible (plano de entrada). – Se suele utilizar la ganancia de potencia cuando queremos separar el plano de salida en donde diseñamos la ganancia de potencia del plano de entrada donde diseñaríamos para un ruido óptimo. – Las L circunferencias i f i de d ganancia i de d potencia i NO tienen i iintersección ió con las l de d ruido. id – Las circunferencias de ganancia disponible SÍ tienen intersección con las de ruido.. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 13.

(14) CONCEPTO DE GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (II) • •. •. Se anticipa el concepto de estabilidad en un amplificador para poder generalizar las definiciones de ganancia. g Un amplificador es estable cuando no oscila, es decir cuando la potencia reflejada en la puerta del amplificador es menor que la potencia incidente. Esto supone que el módulo del coeficiente de reflexión es menor qque 1. ΓIN < 1 y ΓOUT < 1 Ganancia en condiciones de estabilidad incondicional. Independientemente de la carga que se conecta conecta, siempre se verifica la condición anterior. anterior Entonces: – Se puede conseguir adaptación conjugada SIMULTÁNEA a la entrada y a la salida – Gp= G= Ga= Gmax. •. •. Condiciones C di i de d estabilidad t bilid d condicional: di i l dependiendo d di d de d las l cargas que se conecten, t ell amplificador será estable o inestable. El carácter de estabilidad del transistor es uno, pero las regiones de estabilidad de entrada o de salida son diferentes. Si ell di dispositivo i i sólo ól es condicionalmente di i l estable, bl no se puede d conseguir i adaptación d ió conjugada simultánea en la entrada y la salida manteniendo la estabilidad del amplificador. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 14.

(15) CONCEPTO DE GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (III) • • •. La figura muestra el conjunto de cargas y de transformaciones entre ellas que ocurren en el diseño de un amplificador. p Se vuelve a insistir que el diseño consistirá en sintetizar ZS y ZL pero ZS influye en el valor de Zout mientras que ZL en Zin En esos planos de entrada y salida habrá que considerar la desadaptación que se produce mediante el coeficiente de desadaptación M.. ZS. ZL. ZS a1. VS. ΓS. b1. Γin Zin. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Γout. [S] Zout. a2 b2. ΓL. Microondas-10- 15. ZL.

(16) GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (IV): OBTENCIÓN DE EXPRESIONES DE GANANCIA Zo. VS. Red a1 adapta ΓS Γin entrada b1 Zin M1=MS. •. •. •. ZL. ZS. MS. [S]. Γout Zout. a2 b2. ΓL. Red adapta Z o salida M1=ML. ML. En el plano de entrada (S, source) y en el plano de salida (L, load) los coeficientes de d d t ió son MS y ML y representan desadaptación t la l discrepancia di i entre t ZS y ell conjugado j d de d Zin (MS) y entre ZL y el conjugado de Zout (ML). Por el teorema enunciado en el capítulo 3 sobre el coeficiente de desadaptación se puede afirmar fi que ell coeficiente fi i t de d desadaptación d d t ió a lo l largo l de d la l redd de d entrada t d y de d la l redd de d salida lid permanecen constantes. Es decir: MS =M1 y ML =M2 En el plano donde se encuentra M1 podemos identificar el coeficiente de reflexión conjugado con ell coeficiente fi i de d reflexión fl ió a la l línea lí y con los l parámetros á con él relacionados. l i d Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 16.

(17) GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (V): OBTENCIÓN DE EXPRESIONES DE GANANCIA Zo. ZL. ZS. Red a1 Adapta ΓS Γin entrada b1 Zin. VS. Γout. [S]. Zout. MS. M1=MS. a2 b2. Red Adapta Z o salida. ΓL. M =M. M. 1 L L PL ⎧ 2 G = 1 ⎫ Pinc = ⋅ V + ⋅ Yc ⎪ ⎪⎪ p Pin 2 ⎬⇒ ⎨ P 2 2 Pin = 1 − ρ S ⋅ Pinc ⎪⎭ ⎪G = L = 1 − ρ S ⋅ G p ⎪⎩ Pinc Por el teorema de invarianza del coeficiente de desadaptación. Desarrollando a partir del plano 1. (. 2. M S = 1 − ρS =. 4 ⋅ RS ⋅ RIN Z S + Z IN. 2. = M1. (. ). ROE1 =. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. 1 + Γ1 1 − Γ1. ). =. 1 + 1 − M1 1 − 1 − M1. teorema. =. 1+ 1− M S 1− 1− M S. Microondas-10- 17. =. 1+ ρS 1− ρS.

(18) CONCEPTO DE GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (VI): OBTENCIÓN DE EXPRESIONES DE GANANCIA ZS. ZL. ZS. a2. a1 Γin. ΓS. VS. b1. Parámetros S del transistor. ⎧b1 = s11a1 + s12 a2 ⎨ ⎩b2 = s21a1 + s22 a2. ΓL. Zin. a2 = ΓL b2. Parámetro de entrada:. s12 ⋅ s21 ⋅ ΓL (s11 − Δ ⋅ ΓL ) = 1 − s22 ⋅ ΓL 1 − s22 ⋅ ΓL Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. ZL. b2. Zout. Condición de terminación. ΓIN = s11 +. Γout. [S]. 2. VS Pin = Pdispp ⋅ MS = ⋅ MS 8RS MS = ML =. 2. (= 1− Γ )⋅ (1− Γ ). 2. (1− Γ )⋅ (1− Γ ) =. 2. 4RinRS ZS + ZIN. S. 1− ΓIN ⋅ ΓS. 2. 2. 4RoutRL ZL + ZOUT. 2. IN. 2. OUT. 1− ΓOUT ⋅ ΓL. Microondas-10- 18. L. 2.

(19) GANANCIA DE POTENCIA DE UN AMPLIFICADOR (VII): OBTENCIÓN DE EXPRESIONES DE GANANCIA •. •. Ganancia de potencia: 2 2 s21 ⋅ 1 − ΓL PL GP = = PIN 1 − s22 ⋅ ΓL 2 ⋅ 1 − ΓIN Ganancia de transducción:. (. 2. GT = G = GP ⋅ M S =. •. ). (. (. s21 ⋅ 1 − ΓS 2. 2. 2. ). =. s21 s12. s12. ). 1 − s22 ⋅ ΓL − s11 − Δ ⋅ ΓL. )⋅ (1 − Γ ) = 2. L. 2. (. 2. 2. ;Δ = s11 ⋅ s22 − s12 ⋅ s21. (. s21 ⋅ 1 − ΓS. 2. )⋅ (1 − Γ ) 2. L. (1 − s11 ⋅ ΓS ) ⋅ (1 − s22 ⋅ ΓL ) − s21 ⋅ s12 ⋅ ΓS ⋅ ΓL 2. * Z S = Z IN. Condiciones de estabilidad incondicional:. s21. 2. 2. 1 − s22 ⋅ ΓL 1 − ΓIN ⋅ ΓS. GP = G p , MAX = G = GMAX =. (. 2. s21 ⋅ 1 − ΓL. ZL =. K >1. * Z OUT. ). ⋅ K − K 2 − 1 = MAG. = figura de mérito. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Factor de Rollet. K =. 1 − s11. 2. − s 22. 2. 2 s12 ⋅ s 21 Microondas-10- 19. + Δ. 2.

(20) CONCEPTO DE GANANCIA EN UN AMPLIFICADOR (VIII): CONDICIONES DE UNILATERALIDAD • • • •. •. En el caso unilateral se puede aproximar el parámetro s12=0. L expresiones Las i de d la l ganancia i se simplifican i lifi all precio i de d aparecer un error que hay que analizar si es tolerable o no. 2 2 2 s21 ⋅ 1 − ΓS ⋅ 1 − ΓL Ganancia de transducción GTU = G = (1 − s11 ⋅ ΓS ) ⋅ (1 − s22 ⋅ ΓL ) 2 Ganancia de potencia 2 2 s21 ⋅ 1 − ΓL GPU = ; 2 2 1 − s22 ⋅ ΓL ⋅ 1 − s11 Figura de mérito unilateral. U=. (. )(. (. ). (. Error cometido. 1. (1 + U )2. <. ). s12 ⋅ s 21 ⋅ s11 ⋅ s 22. (1 − s )⋅ (1 − s ) 2. 11. •. ). 2. 22. GT 1 < GTU (1 − U )2. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 20.

(21) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (I): CIRCUNFERENCIAS DE ESTABILIDAD • •. Definición: un amplificador es estable cuando la potencia reflejada en la puerta del amplificador es menor que la potencia incidente. Condición: di i ell módulo d l del d l coeficiente fi i de d reflexión fl i es menor que 1.. ΓIN =. •. • •. (s11 − Δ ⋅ ΓL ) < 1. ΓOUT =. (s22 − Δ ⋅ ΓS ) < 1. 1 − s 22 ⋅ ΓL 1 − s11 ⋅ ΓL Los valores de los coeficientes de reflexión que definen la condición de estabilidad dependen de las condiciones de carga a la entrada y a la salida que, a su vez, son los j de diseño del amplificador p para p unas determinadas características. objetivos Objetivo: determinar las cargas ΓL (ZL) (circunferencia de estabilidad de carga) y ΓS (ZS) (circunferencia de estabilidad de fuente) que hacen que ΓIN y ΓOUT son menores que 1. Transformación bilineal entre ΓL y ΓIN: circunferencia en el plano ΓIN se transforma en circunferencia en el plano ΓL * * * s12 ⋅ s21 s12 ⋅ s21 ( s22 − Δ ⋅ s11* ) s − Δ ⋅ s 11 22 ΓLC = RSC = RLC = ΓSC = 2 2 2 2 2 2 2 2 s22 − Δ s22 − Δ s11 − Δ s11 − Δ Transformación de regiones (para el círculo de estabilidad de carga): el valor ΓL =0 resulta en el plano ΓIN en ΓIN=s11. Si |s11|<1 la región en que está ΓL =0 es estable (que puede d ser iinterior i o exterior i all círculo í l de d estabilidad bilid d de d carga)). (. •. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. ). Microondas-10- 21.

(22) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (II): ESTABILIDAD INCONDICIONAL (I) () •. Hay dos situaciones: circunferencia de estabilidad exterior a la carta de Smith ó carta de Smith interior a la circunferencia de estabilidad. |ΓLC|. j1 j0.5. RLC j0.5. j2. j2. j0.2. j0.2. 0. RLC. j1. 0.2. 0.5. 1. 0. 2. |ΓLC|. 0.2. 0.5. 1. 2. -j0.2. -j0.2. -j0.5. -j2 -j1. |ΓLC|>1+RLC Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. -j0.5. -j2 -j1. |ΓLC|+1<RLC Microondas-10- 22.

(23) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (III): ESTABILIDAD INCONDICIONAL (II) ( ) Condiciones necesarias y suficientes para estabilidad incondicional Factor de Rollet. K =. 1 − s11. 2. − s 22. 2. + Δ. 2 s12 ⋅ s 21. 2. >1. s11 < 1; s 22 < 1 s12 ⋅ s 21 < 1 − s11. 2. s12 ⋅ s 21 < 1 − s 22. 2. (1) (2). Sumando (1) y (2) se puede poner 2. K > 1+. Δ −1 2 s12 ⋅ s21. Δ = s11 ⋅ s22 − s12 ⋅ s21 Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 23.

(24) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (IV): PROPIEDADES DEL FACTOR DE ROLLET. K ]z = K ]y =. • • •. 2r11r22 − Re(z12 ⋅ z 21 ) z12 ⋅ z 21. 2 g11 g 22 − Re R ( y12 ⋅ y21 ) y12 ⋅ y21. Si se conectan en serie con la entrada y la salida sendas resistencias el factor K queda d aumentado t d ya que no se ve modificado difi d ell parámetro á t z12 (K’>K) K no cambia si se añaden al cuadripolo elementos reactivos puros K es invariante con cualquier cambio de referencia de los parámetros S. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 24.

(25) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (V): ESTABILIDAD CONDICIONAL •. Para un dispositivo inestable existen cuatro posibles configuraciones de las circunferencias, de las cuales será más importante la última configuración. – Cí Círculo l de d estabilidad bilid d cae totalmente l fuera f de d la l carta de d Smith S i h y |s | 11|>1: | 1 corresponde d aK K<-1, 1 |s22|<|Δ| j1. j0.5. j2. j0.2. 0. 0.2. 0.5. 1. 2. -j0.2. -j0.5. -j2 -j1 j1. – Círculo de estabilidad encierra la carta de Smith y |s11|>1; K<-1. j0.5. j2. j0.2. 0. 0.2. 0.5. 1. 2. -j0.2. -j0.5. -j2 -j1. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 25.

(26) ESTABILIDAD EN AMPLIFICADORES (VI): ESTABILIDAD CONDICIONAL – El círculo de estabilidad cae totalmente dentro de la carta de Smith: puede haber valores estables dentro o fuera de la carta de Smith dependiendo de s11 j1 j0.5. j2. j0.2. 0. 0.2. 0.5. 1. 2. -j0.2. -j0.5. -j2 -j1. – El círculo í l de d estabilidad t bilid d es secante t a la l carta t de d Smith S ith (-1<K<1). ( 1<K<1) H Hay ddos situaciones, it i que incluya al origen o que no lo incluya. j1. j0.5. j2. j1 j0.5. j2 j0.2. j0.2 0. 0. 0.2. 0.5. 1. 0.2. 0.5. 1. 2. 2 -j0.2. -j0.2 j0 2 -j0.5. -j2 -j1. -j0.5. -j2. ⎧⎪ s11 > 1 ⇒ exterior inestable ΓL = 0 ⇒ ΓIN = s11 ⇒ ⎨ ⎪⎩ s11 < 1 ⇒ exterior estable -j1. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. ⎧⎪ s11 > 1 ⇒ interior inestable ΓL = 0 ⇒ ΓIN = s11 ⇒ ⎨ i t i estable t bl ⎪⎩ s11 < 1 ⇒ interior Microondas-10- 26.

(27) EJEMPLO CON EL TRANSISTOR MESFET DE AVAGO ATF34143: p parámetros S. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 9:Dispositivos semiconductores en Microondas. Microondas-9- 27.

(28) CIRCUNFERENCIAS DE ESTABILIDAD CON MICROWAVE OFFICE PARA EL ATF34143. Transistor condicionalmente estable con región estable en el plano ΓL interior a la circunferencia de estabilidad y en el plano ΓS exterior a la otra circunferencia de estabilidad Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 28.

(29) GANANCIA DE POTENCIA EN AMPLIFICADORES (I) •. Ganancia de potencia normalizada. (. •. (. Gp s 21. que si se desarrolla, resulta en:. 2. ). (. ). 2 * * * ⎡ g p ⋅ s22 − Δ ⋅ s11* ⋅ ΓL + g p ⋅ s22 − Δ ⋅ s ⋅ Γ − 1 − s ⋅ g p + 1⎤ L 11 11 * ⎥=0 ΓL ⋅ ΓL − ⎢ 2 2 1 s − Δ ⋅ g + ⎥⎦ ⎢⎣ p 22. (. ). Vemos que es una circunferencia en el plano de impedancias de carga ΓL * 2 2 ( − Δ* ⋅ s11 )⋅ g P s22 1 2 K g s s g s s − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ 12 21 21 P p 12 ΓLG = 2 2 R = LG 2 2 s22 − Δ ⋅ g P + 1 s22 − Δ ⋅ g P + 1 Comentarios:. (. •. ). gP =. ). (. (. ). ). 1/ 2. – Cuando gp tiende a infinito la circunferencia degenera en la de estabilidad de carga. – Cuando gp=0, ΓLG=0, RLG=1, que es la carta de Smith – Suele ser normal dibujar las circunferencias a saltos de 1 dB desde el máximo: • A partir de la MAG para incondicionalmente estables • A partir de la figura de mérito para transistores condicionalmente estables. – La ecuación de los centros de las circunferencias de ganancia constante están sobre la misma recta que los de estabilidad. – Las expresiones de ganancia disponible serían duales a las de potencia. potencia Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 29.

(30) GANANCIA DE POTENCIA EN AMPLIFICADORES (II): PROPIEDADES DE LOS CÍRCULOS DE GANANCIA DISPOSITIVOS INCONDICIONALMENTE ESTABLES •. Cuando el dispositivo es estable un conjunto de círculos cae dentro de la carta de Smith:. gP. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. (K ± =. K 2 −1 s12 ⋅ s21. Microondas-10- 30. ).

(31) GANANCIA DE POTENCIA EN AMPLIFICADORES (III): PROPIEDADES DE LOS CÍRCULOS DE GANANCIA DISPOSITIVOS CONDICIONALMENTE ESTABLES •. Propiedades: – K<1 – El círculo de ganancia cortará en dos puntos la carta de Smith que coinciden con el círculo de estabilidad. Estos dos puntos son invariantes. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 31.

(32) CIRCUNFERENCIAS DE GANANCIA DE POTENCIA CON MICROWAVE OFFICE PARA EL ATF34143. Transistor condicionalmente estable, las circunferencias de ganancia de potencia están en el plano ΓL y se cortan en los dos puntos invariantes con la de estabilidad de carga. Se muestra una máxima ganancia de potencia de 18.85 dB y luego saltos de 0.5 dB Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 32.

(33) CIRCUNFERENCIAS DE GANANCIA DISPONIBLE CON MICROWAVE OFFICE PARA EL ATF34143. Transistor condicionalmente estable, las circunferencias de ganancia disponible están en el plano ΓS y se cortan en los dos puntos invariantes con la de estabilidad de carga. Se muestra una máxima ganancia disponible de 18.85 dB y luego saltos de 0.5 dB Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 33.

(34) GANANCIA EN AMPLIFICADORES UNILATERALES (IV): CÍRCULOS DE GANANCIA EN CONDICIONES DE UNILATERALIDAD • •. Se puede aproximar s12=0. Pueden aparecer nuevas circunferencias de transformación completamente diferentes a las bilaterales que se han presentado Expresión de la ganancia de transducción:. ( ( 1 − Γ )⋅ s ⋅ (1 − Γ ) 1− Γ ) =G = = ⋅s 2. GT. •. 21 2. S. 2. Nuevos círculos: * g S ⋅ s11. 1 − s11 ⋅ ΓS. 2. 2. 1 − g S ⋅ 1 − s11. 2. 1 − (1 − g s ) ⋅ s11. 2. (. 1 − g L ⋅ 1 − s 22. 2. 1 − (1 − g L ) ⋅ s 22. 2. ). ). 2. (1 − Γ ) 2. 2. S. 2. (. * g L ⋅ s22. 1 − (1 − g L ) ⋅ s22. 2. L. 1 − ΓIN ⋅ ΓS 1 − s22 ⋅ ΓL. 1 − (1 − g s ) ⋅ s11. • •. 2. 21. ⋅. L. 1 − s22 ⋅ ΓL. 2. = GS ⋅ G0 ⋅ GL. GS gS = GSmax GL gL = GLmax. Los centros de cada familia caen sobre rectas con ángulo s*11 ó s*22 La máxima ganancia se da cuando gS ó gL=1 corresponde al punto s*11 ó s*22 Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 34.

(35) RUIDO EN AMPLIFICADORES (I) INTRODUCCIÓN •. Definiciones: – R Ruido id térmico té i es ell resultante lt t del d l movimiento i i t de d los l electrones l t en una resistencia it i debido a la agitación térmica. Se refleja en un voltaje aleatorio en dicha resistencia. – No hay forma analítica de definirlo por lo que estadísticamente se considera como un proceso ergódico ódi cuya densidad d id d espectrall de d potencia i (a ( frecuencias f i inferiores i f i a 1000 GHz) es constante (función de correlación delta en el origen) S e (ω ) = 4kTR ⎫⎪ – Dicha función es par por lo que podemos modelarla para f>0: ⎬ S i (ω ) = 4kT ⎪ – Para un margen de frecuencias: PN=4kTRΔf R⎭. k = 1.38 × 10 − 23 J / K – Ruido shot: debido a la naturaleza discreta de los portadores que constituyen la corriente en las uniones p-n. Su valor es proporcional a la tensión de polarización y tiene densidad espectral plana. – Ruido flicker: proporcional a 1/f – En alta frecuencia, en amplificadores, influyen el shot y el térmico: habrá que buscar un punto de polarización que con buena ganancia (valor importante de la trasconductancia) tenga el menor ruido shot posible Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 35.

(36) RUIDO EN AMPLIFICADORES (II) •. Caracterización del ruido: – Figura g de ruido a una frecuencia dada es la relación entre la ppotencia de ruido existente a la salida del cuadripolo en los casos en que el cuadripolo fuera real e idea. Teq kT0 BG + N in kT0 BG + kTeq BG f = = =1+ kT0 BG kT0 BG T0 Teq = T0 ⋅ ( f − 1) – Los dispositivos de muy bajo nivel de ruido se representan en función de Teq – Cuando hay varias etapas, interesa amplificadores con un factor de ruido lo más bajo posible lo que supone que la primera etapa tenga el menor ruido posible. f − 1 f3 − 1 f = f1 + 2 + + ... g1 g1 ⋅ g 2. •. I1. Modelado del ruido. V1. +. E I. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Cuadripolo Sin ruido id. I2. V1 = AV2 + BI 2 + E. V2. I1 = CV2 + DI 2 + I. Microondas-10- 36.

(37) RUIDO EN AMPLIFICADORES (III) •. La red libre (de ruido) no modifica el ruido luego su figura de ruido será la de la parte ruidosa. I1. +. V1 •. E. Cuadripolo Sin ruido. I2. 2. I s2 + I 2 + YS E 2 + YS* I ⋅ E * + YS I * ⋅ E. V2. I. 2. I s2 + I + YS E =. f =1+. I + YS E. 2. I s2. Descomponemos I en una parte incorrelada con E y otra totalmente correlada I n* ⋅ E = 0; I n* ⋅ (I − I n ) = 0. ⎫ ⎪ * * * 2 ⎪ I ⋅ E = E ⋅ (I − I n ) = Yγ ⋅ E ⎪⎪⎧⎪ E 2 = 4kT R B 2 0 n 2 2 2 I 2 = (I − I n ) + I n = Yγ ⋅ E 2 + I n ⎬⎨ 2 ⎪⎪⎩ I n = 4kT0Gn B 2 2 2 ⎪ Yγ + YS ⋅ E + I n ⎪ f =1+ 2 ⎪⎭ IS Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 37.

(38) RUIDO EN AMPLIFICADORES (IV). [. ]. Gn Rn 2 2 + ⋅ (GS + Gγ ) + (BS + Bγ ) GS GS Si se busca el mínimo de la anterior función, resulta para GS=Go 1/ 2 ⎛ Gn + Rn ⋅ Gγ2 ⎞ rn 2 2 ⎟ ; Bo = − Bγ Go = ⎜ ( ) ( ) f = f + ⋅ g − g + b − b o S o S o ⎜ ⎟ Rn gS ⎝ ⎠ f =1+. [. ]. Expresando las admitancias en función de los coeficientes de reflexión f = fo +. 4 ⋅ rn ⋅ ΓS − Γo. 2. (1 − Γ )⋅ 1 + Γ 2. S. 2. ; Ni =. o. (f. − f 0 ) ⋅ 1 + Γo 4 ⋅ rn. 2. =. ΓS − Γo. 2. (1 − Γ ) 2. S. P una fi Para figura de d ruido id constante resulta l un conjunto j de d circunferencias i f i 2 f − fo 2 Γopt N i ⋅ N i + 1 − ΓOPT = 1 N ⋅ + Γ i o Ci = Ri = ⎛ ⎞ R Ni + 1 Ni + 1 4 ⋅ ⎜⎜ n ⎟⎟ ⎝ Zo ⎠ Los centros están sobre la recta cuyo vector de dirección es Γo Ruido mínimo fi =fo se reduce al punto Γo. (. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. ). Microondas-10- 38.

(39) CIRCUNFERENCIAS DE RUIDO CON MICROWAVE OFFICE PARA EL ATF34143. Transistor T i condicionalmente di i l estable, bl las l circunferencias i f i de d ganancia i disponible di ibl están á en el plano ΓS y se cortan en los dos puntos invariantes con la de estabilidad de carga. También se muestran las circunferencias de ruido que, al estar en el mismo plano que l de las d ganancia i disponible, di ibl tienen ti intersección. i t ió Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 39.

(40) CIRCUNFERENCIAS DE RUIDO CON MICROWAVE OFFICE PARA EL ATF34143. Transistor condicionalmente estable,, las circunferencias de gganancia de ppotencia están en el plano ΓL y se cortan en los dos puntos invariantes con la de estabilidad de carga. También se muestran las circunferencias de ruido que NO se cortan con las ganancia de ppotencia ppor estar en pplanos distintos. Sí habría intersección con las de g transformadas conjugadas de ganancia de potencia que se muestran a continuación. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 40.

(41) DESADAPTACIÓN EN AMPLIFICADORES (I): TRANSFORMACIÓN DE CÍRCULO DE GANANCIA •. •. Objetivo anterior de diseño: elegir cargas de salida y entrada que cumplan unas determinadas especificaciones de ganancia o de ruido y de estabilidad. estabilidad Además: máxima transferencia de energía (en la medida de lo posible) lo que supondría adaptación entrada y/o salida. Herramienta: transformación del círculo de ganancia del plano ΓL al plano de entrada Nuevo círculo por la transformación bilineal. Γin*. (Δ =. • •. • •. *. ⋅ ΓL*. * s11. − * s22 ⋅ ΓL* − 1. ). Γin*,c =. )(. (. )R. 2 * * RLg ⋅ s22⋅ Δ* + s22⋅ ΓLg −1 ⋅ s11 −Δ* ⋅ ΓLg 2. 2. RLg ⋅ s22 − s22⋅ ΓLg −1. in. =. s12 ⋅ s 21 ⋅ R Lg R Lg ⋅ s 22. 2. − s 22 ⋅ ΓLg − 1. Las anteriores cargas están en el plano de entrada. Hay expresiones equivalentes para la transformación de las circunferencias de ganancia disponible en el plano ΓOUT. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 41. 2.

(42) DESADAPTACIÓN EN AMPLIFICADORES (II): CÍRCULOS DE DESADAPTACIÓN • •. •. Objetivo: diseñar un amplificador con una ROE(in o out) determinada a partir de una carga ΓL ó S ya seleccionada. Parámetros conocidos y expresiones de partida: 2 2 1 − ΓIN ⋅ 1 − ΓS ROE − 1 2 M = = 1 − ρ ρ= 2 1 − ΓIN ⋅ ΓS ROE + 1 En el caso de un criterio de desadaptación a la entrada, se conoce una carga de salida determinada ΓL1 que se corresponde con un ΓIN1 N . La expresión de desadaptación resulta una circunferencia en el plano ΓS.. (. ΓsM M =. •. M 1 ⋅ Γin* 1 − (1 − M 1 ) ⋅. Γin*. 2. R sM =. )(. ). 2 * ⎛ 1 − M 1 ⋅ ⎜1 − Γin ⎞⎟ ⎝ ⎠. 1 − (1 − M 1 ) ⋅ Γin*. 2. Lo mismo se p puede hacer para p la desadaptación p a la salida: ΓlM =. M2 ⋅Γ. * out. 1 − (1 − M 1 ) ⋅ Γ. * 2 out. RlM =. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. * 1 − M 2 ⋅ ⎛⎜1 − Γout ⎝. 2. * 1 − (1 − M 2 ) ⋅ Γout. 2. ⎞ ⎟ ⎠. Microondas-10- 42.

(43) AMPLIFICADORES DE VARIAS ETAPAS: CONSIDERACIONES DE GANANCIA • •. La ganancia total del amplificador es el producto de las ganancias parciales sólo en los casos de las ganancias de potencia y disponible ya que sólo dependen de una de las cargas. cargas No se puede afirmar lo mismo para la ganancia de transducción que depende de las cargas en los dos planos. – L La afirmación fi ió anterior i se puede d aplicar li a la l ganancia i de d transducción d ió en ell caso de d que exista i adaptación conjugada simultánea a la entrada y a la salida. – Si no existe adaptación conjugada simultánea la afirmación sobre los productos de ganancias parciales no es cierta porque se considerarían los coeficientes de desadaptación (Mi) dos veces veces.. •. Para un amplificador de dos etapas puede ponerse que: n. G p = ∏ G pi i =1. n. n=2. = G p1 ⋅ G p 2 ; Ga = ∏ Gai i =1. = Ga1 ⋅ Ga 2 n=2. PL 2 Pin 2 ⋅ GP 2 Pdg1 ⋅ M 1 ⋅ GP1 ⋅ GP 2 GT = = = = GT 1 ⋅ G p 2 = Ga1 ⋅ GT 2 Pdg1 Pdg1 Pdg1 Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 43.

(44) AMPLIFICADORES DE VARIAS ETAPAS: CONSIDERACIONES DE RUIDO Pn1,out = G p1 ⋅ G p 2 ⋅ f1 ⋅ k ⋅ T ⋅ Δf ⋅ M 1. • • •. Potencia de ruido de la primera etapa: Potencia de ruido de la segunda etapa: Potencia de ruido total a la salida:. •. Potencia de ruido a la salida asociado a una nueva figura de ruido F:. Pn 2,out = G p 2 ⋅ ( f 2 − 1) ⋅ k ⋅ T ⋅ Δf ⋅ M 2. Pn ,out = G p1 ⋅ G p 2 ⋅ f1 ⋅ k ⋅ T ⋅ Δf ⋅ M 1 + G p 2 ⋅ ( f 2 − 1) ⋅ k ⋅ T ⋅ Δf ⋅ M 2 Pn ,out = G p1 ⋅ G p 2 ⋅ f ⋅ k ⋅ T ⋅ Δf ⋅ M 1. •. p es ó de laa figura gu a de ruido u do para pa a dos etapas. Figura gu a de ruido u do para pa a n etapas: Expresión M3 M2 M2 1 f = f1 + ( f 2 − 1) ⋅ + ( f 3 − 1) ⋅ + ... f = f1 + ( f 2 − 1) ⋅ = f1 + ( f 2 − 1) ⋅ M 1 ⋅ GP1 M 1 ⋅ GP1 ⋅ GP 2 M 1 ⋅ GP1 Ga1. I1 V1. +. E. Cuadripolo Sin ruido. I2. +. E’. Cuadripolo C di l Sin ruido. V2 I’. I GP1. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. I3. V3 GP2 Microondas-10- 44.

(45) AMPLIFICADORES DE BANDA ANCHA •. Un amplificador ideal debería tener una ganancia constante a lo largo de toda la banda Esto no es así por el decrecimiento del parámetro s21 con la frecuencia. banda. frecuencia MAG. f. •. f1. fo. f2. Estrategias para la construcción de un amplificador de banda ancha: – Redes de adaptación reactivas que compensen variaciones de s21. Se traduce en una pérdida de adaptación. – Redes R d de d adaptación d ió con pérdidas: é did buena b adaptación d ió pero disminuye di i la l ganancia i y aumenta la figura de ruido. – Realimentación negativa: aplana la respuesta y mejora la adaptación y estabilidad del dispositivo. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 45.

(46) AMPLIFICADORES BALANCEADOS • • • • •. Son considerados en ocasiones amplificadores de banda ancha. Requiere la utilización de híbridos de 90º y mediante una redundancia que da robustez en caso de ruptura de uno de los amplificadores se consigue una ganancia igual a la del amplificador del que proceden. L etapas Las t individuales i di id l se pueden d optimizar ti i despreocupándonos d á d de d la l desadaptación: las reflexiones se absorberán por los acopladores. Si una sección falla se traduce en una pérdida de 6 dB El ancho de banda viene limitado por el del híbrido.. 50. GA Híbrido 90º. Híbrido 90º 50 Ω. GB Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 46.

(47) DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR DE MICROONDAS • Tipo: bipolar, FET • Configuración: EC, BC • Clase: A, AB, B, C Selección substrato • Fabricante. Elección El ió del d l dispositivo. Caracterización C i ió del dispositivo. Datos del fabricante o caracterización propia. Tecnología. Redd de R d polarización. • Cálculo de impedancias • Síntesis de las redes. Diseño Di ñ dde redes d de adaptación. Medida M did y ajuste. Elementos ajustables. • Selección del punto de trabajo • Circuito DC para obtenerlo p • Red de desacoplo • Red de polarización independiente del circuito. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 47.

(48) POLARIZACIÓN DE AMPLIFICADORES •. Funciones: – Fija el punto de polarización del circuito: Circuito de polarización (fija Vg y Vd) (1) – La señal RF no debe introducirse en el circuito DC (2) – El circuito RF no debe verse afectado por el circuito DC: reduce el efecto de las descargas transitorias y garantiza un corto en RF (3) – Los circuitos RF exteriores no deben verse afectados por la polarización del circuito i it en cuestión: tió aísla í l etapas t de d RF (4). • •. (4). (2). VG. VD. Se pueden utilizar dos fuentes de polarización l i ió o una (autopolarizado) ( t l i d ) Estructura: – Elementos concentrados. – Elementos distribuidos. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. (1). (3) Microondas-10- 48.

(49) EJEMPLO DE TRAZADO FÍSICO PARA UN RADIADOR ACTIVO EN RECEPCIÓN (AMPLIFICADOR SIN RED DE ADAPTACIÓN EN LA ENTRADA. Punto P t de d conexión ió a antena Red de radiofrecuencia di f i. Red de polarización. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 49.

(50) AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO (Centro Astronómico Yebes)). Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 50.

(51) AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO (II) (Centro Astronómico Yebes)). Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 51.

(52) AMPLIFICADORES DE POTENCIA. ηS = Z. SAL CC. CAR. η. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. P P. = AÑAD. Microondas-10- 52. P P. CC. SAL. +. P. EN.

(53) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Clasificación: Amplificadores. Clases no Saturadas. Ángulo de conducción Completo. Clase A. Clases Saturadas y Sobreexcitadas. Ángulo de Conducción Reducido. Clase AB. Clase B. Ángulo de Conducción Completo. Clase C. Clase A St d Saturada. Clase A S t y Sobre. Sat. Sb. Alto rendimiento ( Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Clases No Convencionales. Ángulo de Conducción Reducido. Clase D. Clase F. Modos No Convencionales. Clase E. No linealidad) Microondas-10- 53. Clase C-E. Modos BAR.

(54) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Amplificador Clase A:. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 54.

(55) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Amplificador Clase B:. Topología p g Push-Pull Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 55.

(56) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Amplificador Clase C:. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 56.

(57) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Eficiencia y componentes de Fourier de la corriente de colector o drenador. drenador. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 57.

(58) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Necesidad de combinar para obtener potencias elevadas:. Amplificador Dougherty:. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 58.

(59) AMPLIFICADORES DE POTENCIA. Otros Amplificadores. Clase E. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 59.

(60) AMPLIFICADORES DE POTENCIA. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 60.

(61) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Modelos para BJT y FET en distintas zonas de funcionamiento. Existen diferentes modelos:. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Gummel-pool Curtice Statz Microondas-10- 61.

(62) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Polarización:. Determina el p posible funcionamiento Distorsiona Establece las condiciones de carga g Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 62.

(63) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Condiciones de carga. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 63.

(64) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Técnicas de Linearización o Predistorsión:. Callum Predistorsión Adaptativa. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 64.

(65) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Clase A saturada y sobreexcitada. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 65.

(66) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Clase A saturada y sobreexcitada Tensión de alimentación Ganancia. 10 V. Potencia de desalida salida. 0.75W 0.75 W. Eficiencia. 69.5%. 10.5 dB. Frecuencia de trabajo 1650-1700 MHz. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 66.

(67) AMPLIFICADORES DE POTENCIA Clase D. Fuentes cc Tensión de entrada. 165 a 265 VAC. Tensión de salida. 7 5 V ± 2% 7.5. Potencia de salida (continua) Potencia de salida (pico) Eficiencia. 7.5 W 15 W. Rizado. ± 20 mV. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. 94 %. Microondas-10- 67.

(68) CONCLUSIONES • •. • •. Se ha abordado el diseño de amplificadores en microondas El objetivo bj i ha h sido id ell diseño di ñ de d cargas de d entrada d y salida lid que lleven ll all dispositivo transistor a cumplir unas características de estabilidad, ganancia, ruido, desadaptación, anchura de banda y potencia determinadas. Herramientas matemáticas a utilizar: carta de Smith y transformación bilineal. Redes implicadas: – D De adaptación d t ió para sintetizar i t ti las l impedancias i d i requeridas. id – De polarización para poner al dispositivo en unas condiciones de trabajo dadas. – Ambas tienen que estar perfectamente aisladas entre sí.. •. Amplificadores de varias etapas. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 68.

(69) BIBLIOGRAFÍA • • • • •. R. E. Collin, “Foundations Foundations for microwave engineering engineering”,, segunda edición, 1992, Wiley. D. M. Pozar, “Microwave engineering”, tercera edición, 2007, Wiley. G. González, “Microwave transistor amplifiers, analysis and design”, segunda edición, Prentice Hall, 1984. P. Colantonio, F. Giannini, E. Limiti, “High High efficiency RF and microwave solid state power amplifiers”, Wiley 2009. I. Bahl, P. Bhartia, “Microwave solid state circuit design”, Segunda Edición, Wil 2003. Wiley, 2003. Grupo de Radiofrecuencia, UC3M, Septiembre 2009. Tema 10: Amplificadores de Microondas. Microondas-10- 69.

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