1. Publicação n9

INPE-4270 -RPE/549

2. Versão 3. Data

Julho_, 1987 5. Distribuição

C] Interna ED Externa C] Restrita 4. Origem Programa

DTL A6D2

6. Palavras chaves - selecionadas pelo(s) autor(es)

MULTIPLICADORES DE FREQUÊNCIA FET DE DUPLA PORIA FREQUENCY MULTIPLIERS DUAL GATE FET

7. C.D.U.: 621.374

r . 8. Titulo INPE -4270 -RPE/.549

MULTIPLICADOR DE 6 PARA 12 GHz USANDO GaAs FET DE DUPLA PORIA

10. Paginas: 14

11. Oltima pagina: 07

12. Revisada por

7eL4). Lúeio B. T. Cividanes

9. Autoria Edson Gusella Jr.

4 , Assinatura responsavel Pd:)9 /

13. Auterizada por

/ IA, Di etor Ge15,t.

14. Resumo/Notas

Este trabalho apresenta um método de projeto de multi-plicadores de freqUãncia que usa medidas realizadas em laboratório.As impedãncias ótimas para cada acesso foram determinadas com auxilio de sintonizadores (tunners) e, depois, medidas com Analisador de Redes Ve tonal. Usando esta técnica foi projetado um multiplicador de fri: qUe-neia de 6 para 12 GHz com o FET de GaAs de dupla porta NE463.

15.Observações

Trabalho submetido para apresentação no 59 Simpósio Brasileiro de Telecomunicaçc5esde 27.07 a 31.07.87 no Rio de Janeiro.

ABSTRACT

This work presents a design method for frequency multipliers using laboratory. measurements. The optimun impedánce for each access were determined with aid of tunners and then measured with a Vetorial Network Analyser.Wth this technique a frequency multiplier from 6 to 12 GHz has been designed using the dual gate FET NE463.

SUMÁRIO

Pãg.

LISTA DE FIGURAS iv

1.INTRODUÇÃO 1 2.DETERMINAÇÃO DAS IMPEDÃNCIAS DE CASAMENTO 2 3.DETERMINAÇÃO DAS REDES DE CASAMENTO 3 4.RESULTADO DAS MEDIDAS DO MULTIPLICADOR 5 5.BIBLIOGRAFIA 7

LISTA DE FIGURAS

1 - Diagrama dos equipamentos utilizados para determinação das impe- dãncias "ótimas para os tré's acessos

2 - Desenho do circuito do multiplicador projetado

3 - Curva do desempenho do multiplicador, potência de salda em 12GHz versus potência de entrada em 6 GHz

4 - Curva do desempenho do multiplicador, perda de retorno na entra-da versus potencia de entrada

5 - Tensões de polarização para as portas 1 e 2, Vgl e Vg2 respecti-vamente, versus potência de entrada, ajustadas para a máxima po-tência de salda

Pa g.

3

4

6

6

7

- v -

MULTIPLICADOR DE 6 PARA 12 GHz USANDO GaAs FET DE DUPLA PORTA

Edson Gusella Jr.

Instituto de Pesquisas Espaciais - IMPE

Caixa Postal 515,12201 -São Jose dos Campos-SP

RESUMO

Este trabalho apresenta um método de projeto de multipli-

cadores de frequencia que usa medidas realizadas em laboratõrio. As im-

pedáncias ótimas para cada acesso foram determinadas com auxilio de sin-

tonizadores (tunners) e, depois, medidas com Analisador de Redes Veto-

rial. Usando esta técnica foi projetado um multiplicador de frequencia

de 6 para 12 GHz com o FET de GaAs de dupla porta NE463.

1. INTRODUCÃO

Este trabalho foi desenvolvido em um estágio realizado no

"Communications Reseach Centre", no Canadá, no período de abril a outu-

bro de 1986. O objetivo foi desenvolver um método prático para projeto de

circuitos não-lineares como multiplicadores de frequencia.

O objetivo era projetar,a partir de medidas feitas em la-

boratOrio, um muItipl icador de frequencia de 6 GHz para 12 GHz, com nivel

de entrada de 12 dBm. Este circuito serviria como alternativa para um mul-

tiplicador com o FET NE67300 de porta simples existente no terminal Ohm

pus para comunicações com satélite nas faixas de 19,5 GHz e 28 GHz.

Gopinath[1] faz uma comparação de desempenho entre multi-

plicadores com o FET de porta dupla e simples, sendo o primeiro superior,

por ter um maior ganho intrinsico. Por esta razão, escolheu-se, entre os

FETs de dupla porta disponíveis no laboratOrio, o NE46300 paraa constru-

ção do multiplicador de frequências, que foi usado na configuração fonte

comum.

-2-

2. DETERMINAÇA0 DAS IMPEDANCIAS DE CASAMENTO

O projeto de multiplicadores com FET de dupla porta é

mais complexo que com os FETs de porta simples, pois os equipamentos

normalmente disponíveis em laborat6rio destinam-se ã caracterização de

dispositivos de dois acessos. Para contornar este problema a porta 2 do

FET foi terminada por uma impedãncia ajustável, que posteriormente se-

ria otimizada.

Como o NE46300 não 8 encapsulado, foi necessário cons-

truir um "jig" de testes para determinar as impedãncias 6timas para as

portas 1, 2 e dreno, que consistia em um "chip carrier" de kovar e em

três linhas de microfita de 50 Ohms em alumina.

A montagem utilizada para as medidas está apresentada

na Figura 1. O gerador foi ajustado para o valor nominal: 12 dBm, 6 GHz.

O ajuste dos sintonizadores (tunners) e da polarização foi feito de mo-

do iterativo até se conseguir a mãxima potência na segunda harmõnica

na saida. A seguir, foram medidas as impedáncias vistas pelos acessos

1, 2 e dreno do "jig" dos testes usando o Analisador de Redes Vetorial

automático 8409C da HP. Os comprimentos elétricos dos conectores e li-

nhas do "jig" foram corrigidos analiticamente usando-se o programa pa-

ra análise de circuitos SUPERCOMPACT.

Os méritos deste método consistem em: a) não realizar

medidas diretamente no dispositivo e sim nas redes de casamento, con-

tornando as limitações impostas pelo Analisador disponível que s6 era

capaz de trabalhar com pequenos sinais; b) caracterizar o FET nas con-

dições de operação e c) conhecer o desempenho do circuito.

50 OHMS h-- TUNNER 01

02

OIAS T TUNNER

3IAS T

50 OHMS LOAD

H.P.F.

6 GHz 12 dOm

EAST

TUNNER

POWER METER

Fig. 1 - Diagrama dos equipamentos utilizados para determinação

das impedãncias ótimas para os tres acessos.

3. DETERMINAM DAS REDES DE CASAMENTO

Conhecendo as impedãncias a serem vistas pelos três acessos

do FET, o praximo passo foi determinar redes que fornecessem estes valo-

res, o que foi feito com o auxilio do SUPERCOMPACT. Para as portas 1 e 2

foram usadas estruturas com dois tocos em aberto, separados incialmente

por um quarto de onda da freqüência da entrada. A porta 2 foi terminada

por uma carga de 50 Ohms, desacoplada com o capacitor "chip" de 6,8 pF.

No dreno foram usados dois tocos em aberto: um para casamento e outro de

80 Ohms com meio comprimento de onda na freqüãcia de saída para rejeição

da fundamental e terceira harm5nica. A estrutura da porta 1 foi otimizada

para apresentar a impedãncia determinada para esta porta em 6 GHz, a da

porta 2 foi otimizada para os valores determinados em 6 e 12 GHz e o dre-

no foi otimizado para a freqüência de saida, 12 GHz. Estas redes foram

realizadas em substrato do aluminia de espessura 0,050% cujos desenhos es

tão na Figura 2.

—W2-11:11 PORTA 2

CD CD

DRENO .

6.8pF

- 4 -

Construido o primeiro protótipo, observou-se que a impe-

dãncia apresentada ã porta 2 tinha grande discrepância com relação ao

valor projetado. Verificada a causa, constatou-se que havia uma resso-

nância causada pelo capacitor de dasacoplamento e o trecho de linha usa

do para aterramento, feito pela borda da placa, cujo comprimento, a prin-

cipio, foi considerado desprezivel. Este problema foi solucionado furan-

do a alumina para fornecer um caminho mais curto entre o capacitor e a

terra e colocando pedaços de absorvedor sobre a linha. Os valores dos

coeficientes de reflexão destas redes estão na tabela 1, a qual mostra

os valores usados para projetar as redes, os obtidos pela simulação des

tas usando o SUPERCOMPACT e os valores medidos usando o Analisador de

Redes.

Fig. 2 - Desenho do circuito do multiplicador projetado

- 5 -

TABELA 1

COEFICIENTES DE REFLEXÃO DAS REDES VISTAS PELOS ACESSOS DO NE46300.

ACESSO VALOR DE ACESSO

VALOR MEDIDO

VALOR CALCULADO (SUPERCOMPACT)

PORTA 1 6 GHz 0,74 L 95 0,80 L 95 0,86 L 94,8 DRENO 12 GHz 0,54 i_ 109 0,53 L 131 0,57 L 107 PORTA 2 6 GHz 0,197 L 162 0,34 L 138* 0,225 L 145

12 GHZ 0,60 L -112 0,55 L -136* 0,584 L -111

* Indicam valores medidos apôs os ajustes da rede

4. RESULTADO DAS MEDIDAS DO MULTIPLICADOR

Os resultados das medidas doscircuitos estão expressos

nas Figuras 3 e 4. Para levantamento destas curvas, as tensões de pola-

rização nas portas 1 e 2 foram ajustadas para a máxima potência de sal-

da. Estes valores estão mostrados na Figura 5.

Comparando estes resultados com o do multiplicador fei-

to com o NE67300, com O dB de conversão para a potência nominal de en-

trada, constatou-se que seu desempenho era inferior. Analisando os dois

dispositivos viu-se que os pressupostos que Gopinath [1] usou não foram

verificados: o NE673 tem porta de 0,3 micra,f-max de 100 GHz e ponto de

compressão de 1 dBem 12 GHz de 14,5dBm, ao passo que o NE463 tem porta

de 1,0 micron e f-max de 45 GHz . Assim, embora sendo um FET de porta

simples, o NE673 apresenta características superiores ãs do NE463, o que

justifica a diferença de desempenho.

-4

-9

-12

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6

Pt

dei

a

4

2

inn cr.a

-2 4 e 12

Fig. 3 -Curva de desempenho do multiplicador, potência de saida em

12 GHz versus potência de entrada em 6 GHz.

Fig 4 - Curva de desempenho do multiplicador, perda de retorno na

entrada versus potência de entrada.

o

-52

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••■••

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-2

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.2 VOL.784,---1---1

Vg2

Vg1

7 -

Fig. 5 - Tensões de polarização para as portas 1 e 2, Vg1 e Vg2

respectivamente, versus potência de entrada, ajustadas

para a mãxima potência de saída.

5. BIBLIOGRAFIA

[1] GOPINATH, A.; 5E05, A. J.; RANKIN, J. B.; Comparison of Single-

and Dual- Gate FET Frequency Doublers. IEEE Transaction on

MTT, Vol. MTT-30, N 6, June 1982, p. 919-920.