Diseño de amplificadores lineales de RF. Parte I

Diseño de amplificadores lineales de RF.
Parte I
Dr. A. Zozaya
Investigador Prometeo
Quito, jun/2015
A. J. Zozaya @ IEE (iee)
RF LA DeSiGN
Quito, jun/2015
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Contenido
1 Introducción
2 Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Adición de inductores en serie
Adición de capacitores en serie
Adición de resistores en serie
La Carta de SMITH de admitancias
Adición de inductores en paralelo
Adición de capacitores en paralelo
Adición de resistores en paralelo
Adición de lineas de transmisión en serie
Adición de lineas de transmisión en paralelo
3 Repaso de los Parámetros S
Analizador vectorial de redes
Parámetros S
4 Referencias
A. J. Zozaya @ IEE (iee)
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Introducción
Introducción
Diagrama de bloques genérico de un sistema de
comunicaciones de RF
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
Inventor:
PHILIP SMITH creo la Carta de
SMITH en 1933 y representa uno de
los aportes individuales más valiosos
de la técnica de microondas.
Curiosamente, el paper donde la propuso fue «rechazado»
por el IRE (posteriormente IEEE) aduciendo que ¡no poseía
ninguna utilidad práctica !
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
2 Diagrama de coeficientes de reflexión.
2 Con curvas de impedancia solapadas ) Carta de SMITH
ordinaria (de impedancias).
2 Con curvas de admitancia solapadas: ) Carta de SMITH
de admitancias.
2 Circuitos de líneas de transmisión pasiva: impedancias de
entrada ) 0 » jZin j » 1.
2 Circuitos de líneas de transmisión pasiva: coeficiente de
reflexión ) 0 » jΓin j » 1.
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
2 Todos los posibles valores de Γin ¡Caben en un círculo
unitario centrado en el origen del plano complejo!.
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
PHILIP SMITH
mapeó el plano de impedancias normalizadas (z = Z =Z0 ),
para todos los circuitos pasivos, en el interior del plano
complejo de radio unitario de Γ, usando la:
Transformación bilineal z = r + |x $ Γ = u + |v
Z ` Z0
Γ=
=
Z + Z0
Z
Z0
`
Z
Z0
`
Z0
Z0
Z0
Z0
=
z `1
z +1
2 La transformación bilineal es una Transformación de
MÖBIUS
2 Por qué 50 Ω?
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
„
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r
u`
r +1
«2
+ v2 =
RF LA DeSiGN
1
(r + 1)2
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
2
(u ` 1) +
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„
1
v `
x
«2
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„ «2
1
=
x
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH
Carta de SMITH
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de inductores en serie
Adición de inductores en serie
2 z ! circuito abierto: z ! |1
2 Replicar resultados del apartado 4.2.2 de [GB03] usando
SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de capacitores en serie
Adición de capacitores en serie
2 z ! circuito abierto: z ! `|1
2 Replicar resultados del apartado 4.2.3 de [GB03] usando
SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de resistores en serie
Adición de resistores en serie
2 z ! circuito abierto: z ! 1
2 Replicar resultados del apartado 4.2.4 de [GB03] usando
SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH de admitancias
La Carta de SMITH de
admitancias
Z ` Z0
Γ=
=
Z + Z0
1
Y
1
Y
`
+
1
Y0
1
Y0
=
Y0 ` Y
Y0 + Y
2 Y0 = 1=Z0 , así: Z0 = 50 Ω 7! Y0 = 20 mS.
Y0 ` Y
Γ=
=
Y0 + Y
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Y0
Y0
Y0
Y0
`
+
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Y
Y0
Y
Y0
=
1`y
1+y
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH de admitancias
La Carta de SMITH de
admitancias
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Repaso de la Carta de SMITH
La Carta de SMITH de admitancias
La Carta de SMITH de
admitancias
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de inductores en paralelo
Adición de inductores en paralelo
2 y ! corto circuito: y ! `|1
2 Replicar resultados del apartado 4.3.2 de [GB03] usando
SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de capacitores en paralelo
Adición de capacitores en
paralelo
2 y ! corto circuito: y ! |1
2 Replicar resultados del apartado 4.3.1 de [GB03] usando
SimSmith
A. J. Zozaya @ IEE (iee)
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de resistores en paralelo
Adición de resistores en paralelo
2 y ! corto circuito: y ! 1
2 Replicar resultados del apartado 4.3.3 de [GB03] usando
SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de lineas de transmisión en serie
Adición de lineas de transmisión
en serie
zIN =
zL =
zL + | tan „
1 + |zL tan „
ZL
ZTL
ΓIN = ΓL e`|2„
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de lineas de transmisión en paralelo
Adición de lineas de transmisión
en paralelo
LT en CC
zIN = | tan „
2 si „ < 90‹ LT
7! inductor
LT en CA
zIN = `| cot „
2 si „ < 90‹ LT
7! capacitor
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2 Replicar resultados del apartado
4.9.4 de [GB03] usando SimSmith
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Repaso de la Carta de SMITH
Adición de lineas de transmisión en paralelo
Adición de lineas de transmisión
en paralelo
LT en CC
zIN = | tan „
2 si „ < 90‹ LT
7! inductor
LT en CA
zIN = `| cot „
2 si „ < 90‹ LT
7! capacitor
A. J. Zozaya @ IEE (iee)
2 Replicar resultados del apartado
4.9.4 de [GB03] usando SimSmith
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Repaso de los Parámetros S
Analizador vectorial de redes
Ondas viajeras
Analizador de redes vectoriales
2 Para f > 100
MHz:
dificultad
para medir corrientes y voltajes.
2
Necesidad
de
parámetros
más
prácticos:
basados en ondas
viajeras.
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Repaso de los Parámetros S
Analizador vectorial de redes
Ondas viajeras
Analizador vectorial de redes
a,b-waves
+
a1 = p ;
Z0
`
b1 = p ;
Z0
Γ=
`
b1
=
+
a1
a1 y b1 son ondas viajeras de voltaje normalizadas [GB03], ondas de potencia
[Poz12], ondas normalizadas de potencia [LB00], o simplemente ondas viajeras
A. J. Zozaya
[PAC90].
@ IEE (iee)
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Repaso de los Parámetros S
Parámetros S
Parámetros S
Red de dos puertos
Matriz [S] de dispersión
„
2 Donde sij =
2
bi
aj
b1
b2
«
„
=
s11 s12
s21 s22
«„
a1
a2
«
.
2
2 jaj y jbj potencias incidente y reflejada, respectivamente.
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Repaso de los Parámetros S
Parámetros S
Parámetros S
s11 y s21
2 sij 7! adimensional.
s12 y s22
2 sij = sij (ZS ; ZL ; network).
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Referencias
Referencias I
Rowan Gilmore and Les Besser.
Practical RF Circuit Design for Modern Wireless
Systems. Volume I. Passive Circuits and Systems.
ARTECH HOUSE, INC., 2003.
Reinhold Ludwig and Pavel Bretchko.
RF Circuit Design. Theory and Applications.
Prentice Hall, 2000.
HEWLETT PACKARD.
S-parameter design. application note 154.
Technical report, 1990.
A. J. Zozaya @ IEE (iee)
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Referencias
Referencias II
David Pozar.
Microwave engineering.
John Wiley & Sons, Inc., 2012.
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