Osciladores de microondas

(1)

Capítulo 11:

Osciladores de microondas

Definición: Es un sistema electrónico que genera una señal de RF sin necesidad de que exista una excitación alterna a la entrada.

(2)

ÍNDICE

• Índice.

• Introducción: definición de osciladores. • Introducción: definición de osciladores.

• Principios generales del diseño de osciladores. • Osciladores de un puerto de resistencia negativa. • Osciladores de un puerto de resistencia negativa.

– Condiciones de estabilidad de las oscilaciones. • Osciladores de dos puertos.

– Condiciones de diseño de osciladores basados en transistores. – Condiciones de diseño de osciladores basados en transistores. – Osciladores basados en resonadores dieléctricos.

• Conclusiones. • Conclusiones.

(3)

INTRODUCCIÓN: DEFINICIÓN DE OSCILADORES

• Definición: es un sistema electrónico que genera una señal periódica en su salida sin necesidad de aplicar una señal alterna a la entrada.

sin necesidad de aplicar una señal alterna a la entrada.

• Idealmente un oscilador generará una corriente de la siguiente forma:

( )

t

A

(

t

)

A

(

f

t

)

i

=

⋅

cos

ω

₀

⋅

=

⋅

cos

2 π

⋅

₀

⋅

• En la práctica tanto la amplitud A como la frecuencia f₀ fluctúan alrededor de sus valores medios.

– Una fluctuación ruidosa en la amplitud que generalmente tiene una potencia

( )

t

A

(

t

)

A

(

f

t

)

i

=

⋅

cos

ω

₀

⋅

=

⋅

cos

2 π

⋅

₀

⋅

– Una fluctuación ruidosa en la amplitud que generalmente tiene una potencia pequeña.

– Una segunda fluctuación denominada ruido de fase. – Los criterios para hacer el diseño del oscilador serán: – Los criterios para hacer el diseño del oscilador serán:

• Fijar los niveles de A y f₀

• Minimización del ruido de fase. • Minimización del ruido de fase.

(4)

INTRODUCCIÓN: DEFINICIÓN DE OSCILADORES (II)

• Fundamentos:

– La señal alterna de salida se obtiene a partir de la energía continua de polarización – La señal alterna de salida se obtiene a partir de la energía continua de polarización

del dispositivo.

– Podría definirse el oscilador como: un circuito que transforma la energía continua en energía alterna.

energía alterna.

– La señal alterna se puede estudiar en el dominio del tiempo o de la frecuencia. • Componentes:

– Un elemento de resistencia negativa, típicamente un dispositivo activo que puede ser – Un elemento de resistencia negativa, típicamente un dispositivo activo que puede ser

un diodo o un transistor.

– Una estructura resonante pasiva que fuerza una oscilación sinusoidal. – Una estructura de acoplamiento entre las dos anteriores.

• Elementos activos utilizados: – Dispositivos de dos terminales:

Alimentación DC

– Dispositivos de dos terminales:

• Diodo GUNN: ruido de fase pequeño.

• Diodo IMPATT: potencia de salida alta y buena eficiencia. – Dispositivos de tres terminales: BJT y FET.

OSCILADOR

RF

(5)

(6)

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UN

OSCILADOR

(7)

(8)

PRINCIPIOS BÁSICOS DEL DISEÑO DE

OSCILADORES

• Principio: se parte de la aproximación de la teoría clásica de control con puertos de entrada y salida. Posteriormente se pasará a dispositivos de un puerto (mejor de entrada y salida. Posteriormente se pasará a dispositivos de un puerto (mejor aproximación en frecuencias de microondas ya que en ocasiones la

realimentación se puede hacer dentro del mismo elemento activo). • Valores en la expresión anterior:

• Valores en la expresión anterior: – A: ganancia del elemento activo.

– L(s): función de transferencia del limitador de salida del amplificador (en numerosos – L(s): función de transferencia del limitador de salida del amplificador (en numerosos

modelos suele omitirse)

– H(s) función de realimentación.

H(s)

V (s)

H(s)

+

A

L(s)

V

_i

(s)

V

o

(s)

(9)

PRINCIPIOS BÁSICOS DEL DISEÑO DE

OSCILADORES

( )

s

A

L

( ) ( ) ( ) ( )

s

[

V

s

H

s

V

s

]

V

₀

=

⋅

_i

+

⋅

₀

_V

( )

_s

_A

=

0

( )

( ) ( ) ( ) ( )

[

]

( )

A

L

( ) ( )

s

( )

H

s

L

A

s

V

s

V

s

V

s

H

s

V

s

L

A

s

V

i i

⋅

−

⋅

=

⋅

+

⋅

=

1

0 0 0

( )

A

H

( )

s

A

s

V

s

V

i

−

⋅

=

1

0

sin limitador

( )

s

A

L

( ) ( )

s

H

s

V

_i

1 −

⋅

( ) ( )

0

1 −

A

⋅

L

s

⋅

H

s

=

Los polos del sistema están dados por:

( ) ( )

0

1 −

A

⋅

L

s

⋅

H

s

=

Para la condición de régimen estacionario, los polos están

en el eje imaginario y la condición de oscilación viene dada

por la condición de Barkhausen:

( ) ( )

[

]

( ) ( )

[

]







=

⋅

=

⋅

0 Im

1 Re

₀ ₀

ω

j

H

j

L

A

j

H

j

L

A

( ) ( )

[

]



Im

A

⋅

L

j

ω

⋅

H

j

ω

=

0

(10)

OSCILADORES DE UN PUERTO DE RESISTENCIA

NEGATIVA

• Un oscilador puede considerarse como un dispositivo de un puerto de “resistencia

Esquema circuital

dispositivo de un puerto de “resistencia negativa”.

• Entran en juego dos impedancias:

– Impedancia del dispositivo

X_in(I,w)

X_L(w) _– _{Impedancia del dispositivo}

• Depende de la corriente y en menor

R_in(I,w) X_L(w)

R_L

Z

in

( )

I

,

ω

=

R

in

( )

I

,

ω

+

jX

in

( )

I

,

ω

• Depende de la corriente y en menor medida de la frecuencia.

– Impedancia de carga del circuito a la que se transfiere la energía de la oscilación:

R_in(I,w)

Define la capacidad de oscilación

( )

ω

L L

( )

ω

L

R

jX

Z

=

+

se transfiere la energía de la oscilación:

• Depende de la frecuencia de sintonía

( )

R ω + R I,ω = 0 Define la capacidad de oscilación

• Depende de la frecuencia de sintonía

• Condición de oscilación: I≠0 en la

frecuencia de microondas en ausencia de señal de microondas.

( )

[

]

( )

_{( )}

( )

_{( )}

   = + = + ⇒ = ⋅ + 0 , 0 , 0 , ω ω ω ω ω ω I X X I R R I I Z Z in L in L in L

Define la frecuencia de oscilación señal de microondas. Define la frecuencia de oscilación

(11)

OSCILADORES DE UN PUERTO DE RESISTENCIA

NEGATIVA

• Segunda forma de definir la condición de oscilación:

+

−

Z

1 

_Γ

_⋅

_Γ

₌

⇒

Γ

=

−

+

=

+

−

=

+

−

=

Γ

Z

in in in in in L L L

1

0 0 0 0 0 0

( )







=

Γ

+

Γ

=

Γ

⋅

Γ

⇒

=

Γ

⋅

Γ

⇒

π

n

in L in L in L

2 arg

arg

1

• Condición de arranque: globalmente la resistencia total debe satisfacer

( )

I

,

ω

=

R

+

R

( )

I

,

ω

<

0 R

_T _L _in

– La R_in tiene que ser menos negativa hasta alcanzar I₀ (amplitud de oscilación) a la frecuencia w₀.

( )

I

,

ω

=

R

+

R

( )

I

,

ω

<

0 R

_T _L _in

– A las condiciones anteriores hay que añadir una condición de estabilidad de la oscilación.

(12)

OSCILADORES DE UN PUERTO DE RESISTENCIA

NEGATIVA

Incrementos iguales de frecuencia

NEGATIVA

• Consideraciones finales sobre la condición de oscilación:

Z

_L

(w)

Incrementos iguales de frecuencia condición de oscilación:

– La dependencia de Z_in(I,w) con w es pequeña por lo que pondremos Z_in(I)

– Se van a representar gráficamente las dos

-Z (I)

– Se van a representar gráficamente las dos curvas: Z_in(I) y Z_L(w)

• Interpretación de la curva:

– Para una corriente I dada el valor de

_-Z

in

(I)

Incrementos iguales de I – Para una corriente I dada el valor de

–Z_in(I) indica el punto de trabajo. – En régimen permanente el punto de

intersección de ambas curvas indica

Incrementos iguales de I intersección de ambas curvas indica

el punto de trabajo o punto de la oscilación (I₀, w₀)

(13)

CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LA OSCILACIÓN

DE UN OSCILADOR (I)

• Definición: se dice que una oscilación es estable cuando cualquier variación que • Definición: se dice que una oscilación es estable cuando cualquier variación que

se produzca en los parámetros de la oscilación (I,w), los efectos en dichos parámetros deberán compensarse de forma que no haya desplazamientos en el valor de la oscilación (I ,w ).

valor de la oscilación (I₀ ,w₀).

• Cuantificación del parámetro de estabilidad de la oscilación:

– Desarrollo de Z_T(I,w) en serie de Taylor y extracción de condiciones. – Desarrollo de Z_T(I,w) en serie de Taylor y extracción de condiciones.

(14)

CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LA OSCILACIÓN

DE UN OSCILADOR (II)

• Desarrollo de la primera de las condiciones:

– Definición: Si una oscilación es estable, una variación de (I,w) en un sentido debe – Definición: Si una oscilación es estable, una variación de (I,w) en un sentido debe conducir a un incremento de los parámetros en sentido contrario que compense la variación anterior.

– Definición de la frecuencia compleja en el plano de Laplace: – Definición de la frecuencia compleja en el plano de Laplace: – Se hace un desarrollo en serie de Taylor alrededor de (I₀ ,s₀)

( )

I

,

s

=

Z

( )

s

+

Z

( )

I

,

s

=

0 Z

_T _L _in

( )

(

)

∂Z ∂Z

( )

(

)

(

,

)

0 ; ; 0 , , 0 0 0 0 , , 0 0 0 0 0 0 = = ∂ − = ∂ = ⋅ ∂ ∂ + ⋅ ∂ ∂ + = s I Z j s Z j Z I I Z s s Z s I Z s I Z T T T s I T s I T T T ω δ δ

– Veamos qué ocurre si hay una variación en la frecuencia compleja

(

,

)

0 ; ; ₀ = ₀ ₀ ₀ = ∂ − = ∂s j ω s jω ZT I s Z Z j Z_T _T _ ∂ _T _ ⋅     ∂ ⋅ − ∂ − * I Z Z I Z j I s Z I Z j s T T T T s I T δ ω ω δ δβ δα δ ⋅ ∂ ∂       ∂ ∂ ⋅       ∂ ∂ ⋅ − = ⋅ ∂ ∂ ∂ ∂ − = ⋅ + = ₀, ₀ ₂ s _I _s ∂ω ∂ ₀, ₀

(15)

CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LA OSCILACIÓN

DE UN OSCILADOR (III)

Si la variación es tal que δI>0, la compensación de dicha variación deberá hacer δα<0

0 0 Im * > ∂ ∂ ⋅ ∂ ∂ − ∂ ∂ ⋅ ∂ ∂ ⇒ <       ∂ ∂ ⋅ ∂ ∂ ⇒

ω

T T T T T T R I X X I R Z I Z

R

I

(

)

( )

0 : = ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂   ∂ ∂

ω

L L L R I X I R pero I I I

R

_L

(

)

( )

_> ₀ ∂ ∂ ⋅ ∂ ∂ − ∂ + ∂ ⋅ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

ω

in in in L in R I X X X I R I I

R

_in

Termino positivo

Termino positivo pero pequeño

(

+

)

⋅

∂

(

X

)

L

ω

↑↑

⇒

⋅

⇒

>>

∂

+

∂

Q

R

L

X

_L _in

ω

0

(16)

CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LA OSCILACIÓN

DE UN OSCILADOR (IV)

• Desarrollo de la segunda de las condiciones:

– Definición: supongamos que la corriente, I, sufre un incremento δI sobre el valor de – Definición: supongamos que la corriente, I, sufre un incremento δI sobre el valor de

régimen permanente. Si δI disminuye con el tiempo, el punto de intersección entre las curvas de impedancia del elemento y del circuito será estable. Recíprocamente si δI aumenta con el tiempo, el punto será inestable.

Z

_L

(w)

– La figura muestra las curvas de las impedancias con los ángulos Ψ de Z_L(w) y θ de –Z_in(I)

Ψ

-Z

_in

(I)

I , w

Ψ

θ

I₀, w₀

(17)

CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LA OSCILACIÓN

DE UN OSCILADOR (V)

• Para que una oscilación sea estable en un punto (I₀, w₀) se tiene que verificar:

( )

0 ⋅ _'

_{( ) (}

_sin + Ψ

₎

> ₀

∂

⋅ Zin I _Z

ω

θ

I

• Esto supone que el seno tiene que ser positivo y el ángulo 0º<(θ+Ψ)<180º

( )

_'

_{( ) (}

_sin

₎

₀ 0 0 0 ⋅ + Ψ > ∂ ∂ ⋅ T

ω

θ

in _Z I I Z I

• Teorema: Para que un punto de trabajo sea estable, el ángulo medido en sentido horario entre la dirección marcada por la flecha de la curva de impedancia del elemento y la marcada por la flecha de la curva de impedancia del circuito,

Z

_L

(w)

elemento y la marcada por la flecha de la curva de impedancia del circuito, debe ser menor de 180º.

-Z

_in

(I)

Ψ

θ

-Z

in

(I)

I₀, w₀

(18)

CONDICIONES DE OSCILACIÓN PARA REDES

DE N PUERTAS (I)

• Ecuaciones de la red activa: B=[S]A

• Ecuaciones de la red pasiva de sintonía: B’=[S’]A • Ecuaciones de la red pasiva de sintonía: B’=[S’]A • Si se ven las redes se puede poner: B’=A; B=A’

• Si se ponen todas las ecuaciones en función de A’ que es la excitación de la red pasiva: A’= [S][S’]A’ ó ([S][S’]-[I])A’=0

pasiva: A’= [S][S’]A’ ó ([S][S’]-[I])A’=0

• Dado que A’≠0, para que el sistema anterior tenga solución es necesario que det([S][S’]-[I])=det(M)=0. a a’ det([S][S’]-[I])=det(M)=0. a₁ b₁ a’₁ b’₁

Red activa de

N puertos

Red pasiva de

sintonía

N puertos

a_i b_i a’_i b’_i

N puertos

a_N b_N a’_N b’_N b_N b’_N

(19)

CONDICIONES DE OSCILACIÓN PARA REDES DE N

PUERTAS (II): particularización para redes de 2 puertas

• La matriz S de la red activa y de la red pasiva vienen dadas por:

0 1 det 0 ' ; 11 12 12 11 =     ⋅Γ − ⋅Γ ⇒    Γ =     = L s L s T S s s S

• De donde se obtienen las dos ecuaciones siguientes (que se satisfacen a la vez):

0 1 1 det 0 0 ' ; 22 21 12 11 22 21 12 11 =       − Γ ⋅ Γ ⋅ Γ ⋅ − Γ ⋅ ⇒       Γ Γ =       = T L T L T L s s s s S s s s s S Γ ⋅ ⋅ Γ ⋅ ⋅ 1 1 1 ; 1 1 1 11 21 12 22 22 21 12 11 ⇒ Γ ⋅Γ = Γ ⋅ − Γ ⋅ ⋅ + = Γ = Γ ⋅ Γ ⇒ Γ ⋅ − Γ ⋅ ⋅ + = Γ T out L L T in L T T L s s s s s s s s

Z

_L

Z

_T

a

Red de

_Transistor

[S]

a

₁

Γ

_L

Γ

_in

Γ

out

Γ

_T

a

₂

b

Red de carga, sintonía Red de terminación

Z

_out

Z

_in

b

₁

b

2

(20)

OSCILADORES A TRANSISTOR: CONFIGURACIONES

• Los osciladores se pueden clasificar atendiendo al tipo de resonador al que se conectan: basados en resonador dieléctrico (DROs), osciladores con resonadores conectan: basados en resonador dieléctrico (DROs), osciladores con resonadores con líneas de transmisión, osciladores sintonizados con YIG, VCOs y

osciladores con filtros SAW. • Tipos de osciladores:

• Tipos de osciladores:

– Configuración serie como se muestra en la figura de la izquierda. – Configuración paralelo como se muestra en la figura de la derecha. – Configuración paralelo como se muestra en la figura de la derecha.

(21)

DESCRIPCIÓN DE UN TRANSISTOR COMO

RED DE TRES PUERTOS

• Un transistor es una red de tres puertos aunque los fabricantes, en pequeña señal, dan parámetros de dos puertos para una configuración en emisor común.

• Los parámetros dados por el fabricante no suelen ser válidos para el diseño de un oscilador. Esto es así porque la configuración no suele ser de emisor común o hay elementos reactivos conectados para aumentar el carácter inestable, hay que

elementos reactivos conectados para aumentar el carácter inestable, hay que transformar los parámetros.

• El proceso para la obtención de los parámetros S en la configuración dada es:

– Transformación de los parámetros de dos puertos en configuración de emisor común a – Transformación de los parámetros de dos puertos en configuración de emisor común a

una matriz de parámetros de tres puertos.

– Transformación de la matriz de tres puertos a una nueva matriz de dos puertos – La matriz de tres puertos tiene las siguientes propiedades:

• El terminal 1 es la base (puerta), el 2 el colector (drenador) y el 3 el emisor (surtidor) • En la matriz de 3 puertos todos los elementos no son independientes ya que la suma • En la matriz de 3 puertos todos los elementos no son independientes ya que la suma

de las filas y columnas es 1.

3 , 2 , 1 ; 1 ˆ 3 , 2 , 1 ; 1 ˆ 3 3 1 = = = =

∑

= i s j s i ij 3 , 2 , 1 ; 1 ˆ = =

∑

s i

(22)

DESCRIPCIÓN DE UN TRANSISTOR COMO

RED DE TRES PUERTOS

• Matriz de tres puertos • Parámetros de la expresión anterior:

[ ]

             b₁ sˆ₁₁ sˆ₁₂ sˆ₁₃ a₁ a₁ 11 12 21 22 1 EC EC EC EC s s s s s s σ σ = + + + = − −

[ ]

          ⋅ =           ⋅           =           × 3 2 1 3 3 3 2 1 33 32 31 23 22 21 13 12 11 3 2 1 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ a a S a a s s s s s s b b 11 12 21 22 11 11 12 12 11 21 22 22 21 21 22 12 1 1 1 1 EC EC EC EC EC EC EC EC EC EC EC EC s s s s s s s s s s s s σ σ σ σ σ = + + + = − − = − − = − − = − −

• Dependencia entre los parámetros • Transformar en la nueva red de dos puertas (supongamos que se conecta una carga de coeficiente Γ al emisor) 3 , 2 , 1 ; 1 ˆ 3 , 2 , 1 ; 1 ˆ 3 1 3 1 = = ⇒ = =

∑

= = i s j s j ij i ij

[ ]

S 3×3 ˆ ˆ ˆ ˆ s ⋅s s ⋅s

• Expresiones de los parámetros en función de los dados

una carga de coeficiente Γ al emisor)

1 1

∑

= = j i

[ ]

S 3×3 13 31 13 32 11 11 1 12 12 1 33 33 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ OL OL s s s s s s s s s s s s s s − − ⋅ ⋅ = − = − − Γ − Γ ⋅ ⋅ = − = −

función de los dados

11 12 11 21 11 11 11 12 12 13 2 ˆ ˆ ˆ 4 4 4 EC EC EC s s σ σ s s σ σ s σ σ σ σ ⋅ ⋅ = + = + = − − − 23 31 23 32 21 21 ₁ 22 22 ₁ 33 33 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ OL OL s s s s s s s s s − s − ⋅ ⋅ = − = − − Γ − Γ 22 12 22 21 22 21 21 22 22 23 12 21 4 4 4 2 ˆ ˆ ˆ 4 4 4 2 2 ˆ ˆ ˆ EC EC EC s s s s s s s s σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ − − − ⋅ ⋅ = + = + = − − − = 12 = 21 = 31 32 33 2 2 ˆ ˆ ˆ s σ s σ s σ σ σ σ = = = − − −

(23)

OSCILADORES A TRANSISTOR

• Se llega a un dispositivo equivalente de un puerto una vez que se carga un transistor en configuración INESTABLE por una carga (en dicha región). transistor en configuración INESTABLE por una carga (en dicha región).

• Se buscan configuraciones de transistor con gran inestabilidad, típicamente puerta común o surtidor común (cargado por elementos reactivos). El proceso es:

– Selección de la carga inestable en el plano Γ_T.

– Adaptar la carga Z_L a Z_in. Como se han utilizado parámetros de pequeña señal resulta: ;

in

R

R = − X = −X

Z

_L

Z

_T

Dispositivo equivalente de un puerto

; 3 in L L in R R = − X = −X

Transistor

[S]

Z

_L

Z

_T

a

₁

Γ

out

Γ

T

a

₂ Red de carga, sintonía Red de terminación

[S]

Z

_out

Z

_in

b

₁

Γ

_L

Γ

_in

Γ

out

Γ

T

b

₂ sintonía terminación

Z

_in

(24)

OSCILADOR A TRANSISTOR: ejemplo, Pozar 11.9

• Se quiere diseñar un oscilador a 4 GHz en una configuración en puerta común en una configuración en puerta común con una inductancia en serie de 5 nH para aumentar la inestabilidad. Defina el oscilador sabiendo la matriz S.

el oscilador sabiendo la matriz S.

Solución

• Datos: matriz S en emisor común • Datos: matriz S en emisor común

      = − − º 54 º 76 º 57 º 116 73 . 0 60 . 2 03 . 0 72 . 0 S

• Matriz S con inductancia a partir de la transformación de 2 a 3 terminales y luego a la nueva red de 2 (transistor

 

luego a la nueva red de 2 (transistor más bobina)       = − º 155 º 96 º 18 º 35 52 . 0 75 . 2 26 . 1 18 . 2 S   2.7596º 0.52155º

(25)

OSCILADOR A TRANSISTOR: ejemplo, Pozar 11.9

Solución, continuación. • Obtención de la circunferencia de • Obtención de la circunferencia de estabilidad en el plano Γ_T

(

_*

)

* ' ' ' = ⋅ ∆ − = s s R = s'12⋅s'21 = 0.665

• Se elige un Γ que haga | Γ | >>1

(

)

º 33 2 2 22 * 11 22 ₁_.₀₈ ' ' ' ' ' = ∆ − ⋅ ∆ − = s s s C_T 0.665 ' ' ' ' 2 2 22 21 12 = ∆ − ⋅ = s s s R_T

• Se elige un Γ_T que haga | Γ_in| >>1

• Se calcula Γ y después la carga Z 35 20 59 . 0 ₁₀₄_º Z_T j T = ⇒ = − Γ ₋

• Se calcula Γ_in y después la carga Z_L

96 . 3 ' 1 ' ' ' ₂_.₄_º 22 21 12 11 s s s s T T in = Γ ⋅ − Γ ⋅ ⋅ + = Γ ₋ 9 . 1 28 3 ' 1 ₂₂ j jX R Z s in in L T + = − − = Γ ⋅ −

(26)

OSCILADORES CON RESONADOR

DIELÉCTRICO (DROs) (I)

• Como se demostró anteriormente la estabilidad del oscilador depende del alto factor de calidad del resonador asociado.

– En el caso de elementos concentrados o líneas de transmisión dicho factor es bajo. – Aumenta cuando se utilizan cavidades, pero son difíciles de integrar.

– Las cavidades dieléctricas supera las dificultades anteriores ya que tienen factores de – Las cavidades dieléctricas supera las dificultades anteriores ya que tienen factores de

calidad de hasta varios miles y son fáciles de integrar.

• Un resonador dieléctrico se acopla por proximidad a una línea microstrip. – Se acopla al campo magnético desbordado en la línea microstrip.

– Se acopla al campo magnético desbordado en la línea microstrip. – Por ello, el circuito equivalente del acoplamiento es serie.

– El acoplamiento depende de la separación entre el DR y la línea. – El acoplamiento depende de la separación entre el DR y la línea.

(27)

OSCILADORES CON RESONADOR

DIELÉCTRICO (DROs) (II)

• Impedancia de un resonador serie

o o in L R Q R N Z ω ω ω ω ω ⋅ = ∆ = − =   ⋅ = ; ; 1 ; 2

• Definición del factor de acoplamiento entre el resonador y la línea de alimentación del oscilador

o o o o in LC L Q Q j Z ω ω ω ω ω ω ω _ = ⋅ = ∆ = −     _∆ ⋅ + = ; ; ; 2 1

( )

2 R N L R Q ω

alimentación del oscilador

• El coeficiente de reflexión vale

( )

(

)

; 2 ; 2 ₀ 0 2 2 R Z Z R N L N R L R Q Q s _L o L o ext = = = = ω ω

(

)

(

Z + N R

)

+Z = N+ R = +s − + = Γ ₂ 0 2 ₂ 2 0

• El coeficiente de reflexión vale

• Ejemplo de DRO basado en configuración paralela y serie

(

Z N R

)

Z Z N R + s

= + = + + = Γ 1 2 ₀ 2 0 2 0

(28)

CONCLUSIONES

• Se ha abordado el diseño de osciladores en microondas

• Se ha comenzado con los principios básicos de oscilación basados en un dispositivo de “resistencia negativa” de un solo puerto.

dispositivo de “resistencia negativa” de un solo puerto.

• Se han enunciado las condiciones básicas para una oscilación estable. • Se ha generalizado para osciladores basados en redes de dos puertos. • Se ha generalizado para osciladores basados en redes de dos puertos.

(29)

BIBLIOGRAFÍA

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Wiley.

• D. M. Pozar, “Microwave engineering”, tercera edición, 2007, Wiley.

• G. González, “Microwave transistor amplifiers, analysis and design”, segunda edición, Prentice Hall, 1984.

• I. Bahl, P. Bhartia, “Microwave solid state circuit design”, Segunda Edición, Wiley, 2003.

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• A. Delgado, J. Zapata, “Circuitos de alta frecuencia”, ETSIT Universidad Politécnica de Madrid.