Diseño de amplificadores lineales de RF. Parte I

Transcripción

1 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/ / 27

2 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) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

3 Introducción Introducción Diagrama de bloques genérico de un sistema de comunicaciones de RF A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

4 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! A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

5 La Carta de SMITH Carta de SMITH Diagrama de coeficientes de reflexión. Con curvas de impedancia solapadas ) Carta de SMITH ordinaria (de impedancias). Con curvas de admitancia solapadas: ) Carta de SMITH de admitancias. Circuitos de líneas de transmisión pasiva: impedancias de entrada ) 0» jz in j» 1. Circuitos de líneas de transmisión pasiva: coeficiente de reflexión ) 0» jγ in j» 1. A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

6 La Carta de SMITH Carta de SMITH Todos los posibles valores de Γ in Caben en un círculo unitario centrado en el origen del plano complejo!. A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

7 La Carta de SMITH Carta de SMITH PHILIP SMITH mapeó el plano de impedancias normalizadas (z = Z=Z 0 ), 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 Γ = Z ` Z 0 Z + Z 0 = Z Z 0 Z Z 0 ` Z0 Z 0 ` Z0 = z ` 1 z + 1 Z 0 La transformación bilineal es una Transformación de MÖBIUS Por qué 50 Ω? A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

8 La Carta de SMITH Carta de SMITH u ` r «2 + v 2 = r (r + 1) 2 A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

9 La Carta de SMITH Carta de SMITH (u ` 1) 2 + v ` 1 «2 = x «2 1 x A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

10 La Carta de SMITH Carta de SMITH A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

11 Adición de inductores en serie Adición de inductores en serie z! circuito abierto: z! 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

12 Adición de capacitores en serie Adición de capacitores en serie z! circuito abierto: z! ` 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

13 Adición de resistores en serie Adición de resistores en serie z! circuito abierto: z! 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

14 La Carta de SMITH de admitancias La Carta de SMITH de admitancias Γ = Z ` Z 0 Z + Z 0 = 1 Y ` 1 Y 0 1 Y + 1 Y 0 = Y 0 ` Y Y 0 + Y Y 0 = 1=Z 0, así: Z 0 = 50 Ω 7! Y 0 = 20 ms. Γ = Y 0 ` Y Y 0 + Y = Y 0 Y 0 Y 0 ` Y Y 0 = 1 ` y Y 0 + Y 1 + y Y 0 A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

15 La Carta de SMITH de admitancias La Carta de SMITH de admitancias A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

16 La Carta de SMITH de admitancias La Carta de SMITH de admitancias A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

17 Adición de inductores en paralelo Adición de inductores en paralelo y! corto circuito: y! ` 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

18 Adición de capacitores en paralelo Adición de capacitores en paralelo y! corto circuito: y! 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

19 Adición de resistores en paralelo Adición de resistores en paralelo y! corto circuito: y! 1 Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

20 Adición de lineas de transmisión en serie Adición de lineas de transmisión en serie z IN = z L + tan 1 + z L tan z L = ZL Z TL Γ IN = Γ L e` 2 A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

21 Adición de lineas de transmisión en paralelo Adición de lineas de transmisión en paralelo LT en CC z IN = tan si < 90 7! inductor LT en CA LT z IN = ` cot si < 90 LT 7! capacitor Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

22 Adición de lineas de transmisión en paralelo Adición de lineas de transmisión en paralelo LT en CC z IN = tan si < 90 7! inductor LT en CA LT z IN = ` cot si < 90 LT 7! capacitor Replicar resultados del apartado de [GB03] usando SimSmith A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

23 Repaso de los Parámetros S Analizador vectorial de redes Ondas viajeras Analizador de redes vectoriales Para f > 100 MHz: dificultad para medir corrientes y voltajes. Necesidad de parámetros más prácticos: basados en ondas viajeras. A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

24 Repaso de los Parámetros S Analizador vectorial de redes Analizador vectorial de redes Ondas viajeras a,b-waves a 1 = p + ` ; b 1 = p ; Z0 Z0 Γ = ` + = b 1 a 1 a 1 y b 1 son ondas viajeras de voltaje normalizadas [GB03], ondas de potencia [Poz12], ondas normalizadas de potencia [LB00], o simplemente ondas viajeras [PAC90]. A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

25 Repaso de los Parámetros S Parámetros S Red de dos puertos Parámetros S Matriz [S] de dispersión «b1 = b 2 s11 s 12 s 21 s 22 «a1 a 2 «Donde s ij = bi a j. jaj 2 y jbj 2 potencias incidente y reflejada, respectivamente. A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

26 Repaso de los Parámetros S Parámetros S Parámetros S s 11 y s 21 s ij 7! adimensional. s 12 y s 22 s ij = s ij (Z S ; Z L ; network). A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

27 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., Reinhold Ludwig and Pavel Bretchko. RF Circuit Design. Theory and Applications. Prentice Hall, HEWLETT PACKARD. S-parameter design. application note 154. Technical report, A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27

28 Referencias Referencias II David Pozar. Microwave engineering. John Wiley & Sons, Inc., A. J. Zozaya IEE (iee) RF LA DeSiGN Quito, jun/ / 27