CIRCUITOS DE ALTAS CIRCUITOS DE ALTAS FRECUENCIASFRECUENCIAS

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA

DECANATO DE DESARROLLO ESTUDIANTILDECANATO DE DESARROLLO ESTUDIANTIL

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICADEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA

CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIACIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA

Caicedo S. Osiris A.Caicedo S. Osiris A.

CI; 16.611.168CI; 16.611.168

CAF # 5CAF # 5

Prof. José MalagueraProf. José Malaguera

Principales Características de los circuitos Principales Características de los circuitos de alta frecuenciade alta frecuencia

Se fabrican actualmente en la región de los GHzSe fabrican actualmente en la región de los GHz Se fabrican en técnica híbridaSe fabrican en técnica híbrida En circuitos de altas frecuencias de SilicioEn circuitos de altas frecuencias de Silicio En circuitos Integrados monolíticos de GaAs. (Alta En circuitos Integrados monolíticos de GaAs. (Alta

movilidad electrónica)movilidad electrónica) La técnica de Circuitos Integrados Monolíticos de La técnica de Circuitos Integrados Monolíticos de

Microondas (MMIC:Monolithic Microwave Microondas (MMIC:Monolithic Microwave

Integrated Circuit). La técnicas deIntegrated Circuit). La técnicas de fabricación fabricación pelicularpelicular

MICROSTRIPMICROSTRIP

Tipos de Guías de Ondas Tipos de Guías de Ondas Peculiares Peculiares

Línea MICROSTRIP de tres platos se fabrica de sustratos de Línea MICROSTRIP de tres platos se fabrica de sustratos de plásticos. Se presentan ciertas limitacionesplásticos. Se presentan ciertas limitaciones

Línea MICROSTRIP con sustrato suspendido.Línea MICROSTRIP con sustrato suspendido.

Línea MICROSTRIP flotanteLínea MICROSTRIP flotante.. Línea MICROSTRIP de imagen dieléctrica.Línea MICROSTRIP de imagen dieléctrica. Microstrip invertida.Microstrip invertida. Microstrip elevada.Microstrip elevada. Microstrip de cámara.Microstrip de cámara. Microstrip de tres pistas de alto rendimiento.Microstrip de tres pistas de alto rendimiento. Microstrip guiado invertido.Microstrip guiado invertido.

GUÍAS DE ONDASGUÍAS DE ONDASPELICULARES DE APOYOPELICULARES DE APOYO

• Microstrip coplanarMicrostrip coplanar

• • Microstrip coplanar de dos pistasMicrostrip coplanar de dos pistas

• • Microstrip asimétricoMicrostrip asimétrico

• • Microstrip de Hendidura.Microstrip de Hendidura.

• • Microstrip con masa de hendiduraMicrostrip con masa de hendidura

• • Microstrip de bandaMicrostrip de banda

DISTRIBUCIÓN DEL MODO DISTRIBUCIÓN DEL MODO FUNDAMENTALFUNDAMENTAL

El sistema MICROSTRIP: El sistema MICROSTRIP: UnUn conductor de ida, Un conductor de ida, Un conductor de vueltaconductor de vuelta Como una aproximación generalizada: Como una aproximación generalizada: PSEUDO PSEUDO MODO, TEM MODO, TEM HeoHeo En una línea MICROSTRIP la onda híbrida se En una línea MICROSTRIP la onda híbrida se propagapropaga: Una parte por el aire, Otra por el sustrato, : Una parte por el aire, Otra por el sustrato, diferentes Velocidades de propagación.diferentes Velocidades de propagación.

Este tipo de problema de campo se soluciona por métodos Este tipo de problema de campo se soluciona por métodos numéricos: Método de elementos finitos. Método de las numéricos: Método de elementos finitos. Método de las diferencias finitas. Método de las integraciones finitas. diferencias finitas. Método de las integraciones finitas. Método de la líneas de transmisión.Método de la líneas de transmisión.

Campo Eléctrico y Magnético en una Línea Campo Eléctrico y Magnético en una Línea MICROSTRIPMICROSTRIP..

Para simplificar el Para simplificar el problema se usó en la problema se usó en la solución, un blindaje solución, un blindaje metálico. Por lo que el metálico. Por lo que el campo a grandes campo a grandes distancias no distancias no corresponde a la corresponde a la distribución de la línea distribución de la línea MICROSTRIP abierta.MICROSTRIP abierta.

DISTRIBUCIÓN DE LOS MODOSDISTRIBUCIÓN DE LOS MODOSSUPERIORES.SUPERIORES.

Se agregan Se agregan MODOS HÍBRIDOSMODOS HÍBRIDOS, se representa la cantidad de , se representa la cantidad de radiación, incrementa la atenuación de potencia.radiación, incrementa la atenuación de potencia.

no presenta una frecuencia de corte, no presenta una frecuencia de corte, La densidad de corriente longitudinal del modo La densidad de corriente longitudinal del modo

fundamental sobre la pista, Es aproximadamente constante fundamental sobre la pista, Es aproximadamente constante a todo lo ancho de la pista.a todo lo ancho de la pista.

Sólo fluyen mínimas corrientes transversales.Sólo fluyen mínimas corrientes transversales. Los Los Modos Superiores Modos Superiores muestran ceros y cambio de muestran ceros y cambio de

sentido de las densidades de corrientes longitudinales.sentido de las densidades de corrientes longitudinales. La frecuencia de corte del Modo Superior mas cercano la: La frecuencia de corte del Modo Superior mas cercano la:

TE0 TE0 se obtiene de la relación:se obtiene de la relación:

APROXIMACIÓN ESTÁTICAAPROXIMACIÓN ESTÁTICA

Se obtiene para la Impedancia de Onda:Se obtiene para la Impedancia de Onda:

La Constante Dieléctrica relativa efectiva La Constante Dieléctrica relativa efectiva εr, εr, eff eff para un medio homogéneo se puede para un medio homogéneo se puede calcular aproximadamente comparando una calcular aproximadamente comparando una con otra, las componentes de campo en cada con otra, las componentes de campo en cada una de las superficies.una de las superficies.

VKF VKF Es el factor abreviado para la Longitud Es el factor abreviado para la Longitud de Onda de la Línea de Onda de la Línea λ.λ.

Se obtiene para la Impedancia de OndaSe obtiene para la Impedancia de Onda.

Para la Determinación de la Capacidad Para la Determinación de la Capacidad SuperficialSuperficial

A partir de la IMAGEN CONFORME es posible determinar el A partir de la IMAGEN CONFORME es posible determinar el comportamiento asimptótico de las MAGNITUDES de la comportamiento asimptótico de las MAGNITUDES de la línea MICROSTRIP para determinadas condiciones de borde.línea MICROSTRIP para determinadas condiciones de borde.

Conociendo a partir de mediciones y tratamiento teórico, se Conociendo a partir de mediciones y tratamiento teórico, se obtienen:obtienen:

• • La ecuación analítica: La ecuación analítica: ZL(w/h, ZL(w/h, εrεr,t=0),t=0)

• • La ecuación sintetizadora: La ecuación sintetizadora: w/h(ZL, w/h(ZL, εrεr,t=0),t=0)

• • Para ≤ ≤∞ ≤ ≤∞ Para ≤ ≤∞ ≤ ≤∞ r r 0 0 ww//h y h y 11 Es posible usar soluciones analíticas al determinar la Es posible usar soluciones analíticas al determinar la

impedancia de onda para la línea con aire como dieléctrico impedancia de onda para la línea con aire como dieléctrico ZLO ZLO con un error máximo de 0,3%, así como de la con un error máximo de 0,3%, así como de la Constante dieléctrica efectiva Constante dieléctrica efectiva εr.εr.

para la Impedancia de Onda para la Impedancia de Onda ZL ZL y para la constante y para la constante dieléctrica efectiva dieléctrica efectiva εr εr se presentan en las curvasse presentan en las curvas

EFECTO DE LA SUJECIÓN SUPERFICIALEFECTO DE LA SUJECIÓN SUPERFICIAL

En la técnica En la técnica MICROSTRIP de película fina MICROSTRIP de película fina se necesita aplicar se necesita aplicar una delgada capa de sujeción de unos una delgada capa de sujeción de unos 0,02-0,1μm 0,02-0,1μm degrosor degrosor entre el sustrato y la cinta conductora de la línea así como entre entre el sustrato y la cinta conductora de la línea así como entre el sustrato y la capa metalizada de masa.el sustrato y la capa metalizada de masa.

Para la capa de sujeción se usan materiales con muy baja Para la capa de sujeción se usan materiales con muy baja conductividad.conductividad.

Con esta tecnología se eleva la atenuación del conductor.Con esta tecnología se eleva la atenuación del conductor. A través de un proceso especial, se puede evitar el uso de la A través de un proceso especial, se puede evitar el uso de la

capa de sujeción por medio de una aplicación directa del capa de sujeción por medio de una aplicación directa del revestimiento de cobrerevestimiento de cobre

Este tipo de sustrato es excelente en aplicaciones con altas Este tipo de sustrato es excelente en aplicaciones con altas temperaturastemperaturas

ASPEREZA SUPERFICIALASPEREZA SUPERFICIAL

profundidad efectiva de profundidad efectiva de aspereza σeffaspereza σeff,,

representa el representa el valor valor medio cuadrático de la medio cuadrático de la Aspereza SuperficialAspereza Superficial..

Si la Aspereza Si la Aspereza permanece despreciable permanece despreciable respecto a la longitud de respecto a la longitud de onda,onda,

es posible determinar la es posible determinar la Atenuación normal del Atenuación normal del conductor de la relaciónconductor de la relación

Para los DIELECTRICOS es Para los DIELECTRICOS es válido válido

AMPLIFICADORES DE ALTAS FRECUENCIASAMPLIFICADORES DE ALTAS FRECUENCIAS

tipos de amplificadores:tipos de amplificadores: amplificador de tensiónamplificador de tensión amplificador de transadmitanciaamplificador de transadmitancia amplificador de transimpedanciaamplificador de transimpedancia amplificador de corrienteamplificador de corriente

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL CIRCUITO EQUIVALENTE CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL CIRCUITO EQUIVALENTE IDEALIZADOIDEALIZADO

amplificadores de altas frecuencias de dos puertoamplificadores de altas frecuencias de dos puerto

RETROALIMENTACIÓN.RETROALIMENTACIÓN. Se obtiene una retroalimentación si en un sistema activo deSe obtiene una retroalimentación si en un sistema activo de dos puertos, por ejemplo un amplificador, las magnitudes de dos puertos, por ejemplo un amplificador, las magnitudes de

salidas retornan a la entrada.salidas retornan a la entrada.Aplicaciones: Aplicaciones: Incremento del ancho de banda.Incremento del ancho de banda. Acoplamiento de Impedancias,Acoplamiento de Impedancias, Estabilización,Estabilización, Disminución de la distorsión no lineal de los amplificadores.Disminución de la distorsión no lineal de los amplificadores.

a) FET retroalimentado negativamente.a) FET retroalimentado negativamente.b) Diseño práctico en técnica MICROSTRIPb) Diseño práctico en técnica MICROSTRIP.

ESTABILIDAD Y ACOPLAMIENTOESTABILIDAD Y ACOPLAMIENTO

El tipo de Acoplamiento depende de la respuesta de El tipo de Acoplamiento depende de la respuesta de estabilidad del transistor:estabilidad del transistor:

En la Teoría de Cuadripolos o de sistemas de dos puertos, se En la Teoría de Cuadripolos o de sistemas de dos puertos, se diferencian, cuadripolos:diferencian, cuadripolos:

• • Inestables,Inestables,• • Estables condicionados,Estables condicionados,• • Estables absolutos.Estables absolutos.

GANANCIA DE POTENCIAGANANCIA DE POTENCIA Potencia entregada a la carga por el sistema de dos puertosPotencia entregada a la carga por el sistema de dos puertos

describe la ventaja que tiene un describe la ventaja que tiene un sistema activo sistema activo de dos de dos puertos. En comparación con un puertos. En comparación con un sistema pasivosistema pasivo,,

La Ganancia máxima de potencia se alcanza:La Ganancia máxima de potencia se alcanza:

• • Cuando se establece Cuando se establece acoplamiento de potenciaacoplamiento de potencia,,• • En la entrada y salida del sistema de dos puertos.En la entrada y salida del sistema de dos puertos.

Se obtiene para todas las definiciones de Ganancia el mismo Se obtiene para todas las definiciones de Ganancia el mismo valor:valor:

Ganancia máxima de potencia Ganancia máxima de potencia Gmax=MAG Gmax=MAG (Maximun Available (Maximun Available Power Gain)Power Gain)

Circuitos con amplificación constanteCircuitos con amplificación constante El proceso de diseño tratado inicialmente se basa El proceso de diseño tratado inicialmente se basa

en:en: • • Que todos los valores de Que todos los valores de rS rS que pueden producir una que pueden producir una

Ganancia Ganancia Gsu Gsu constante,constante,

• • Con Con 0<Gsu < Gsu, max0<Gsu < Gsu, max

• • Se ubican sobre un círculo en la carta de SmithSe ubican sobre un círculo en la carta de Smith

Ganancia de Transmisión Unilateral Ganancia de Transmisión Unilateral GTu GTu de un sistema de de un sistema de dos puertos conectado a un sistema de acoplamientodos puertos conectado a un sistema de acoplamiento

RUIDO EN CUADRIPOLOSRUIDO EN CUADRIPOLOS

Partiendo de esta relación se obtiene por definición el Partiendo de esta relación se obtiene por definición el coeficiente de ruido coeficiente de ruido F F de un sistema de dos puertos:de un sistema de dos puertos:

Circuito en cadena de dos sistemas amplificadores de dosCircuito en cadena de dos sistemas amplificadores de dos puertos

CIRCUITOS CON RUIDO CONSTANTECIRCUITOS CON RUIDO CONSTANTE El coeficiente de ruido de un sistema de dos puertos se El coeficiente de ruido de un sistema de dos puertos se

representa con la expresión a continuación:representa con la expresión a continuación:

El coeficiente de ruido mínimo El coeficiente de ruido mínimo Fmin Fmin en en dBdB,,• • Se incrementa aproximadamente lineal con la frecuencia Se incrementa aproximadamente lineal con la frecuencia de trabajo.de trabajo.• • Y depende de la corriente de colector y de drenajeY depende de la corriente de colector y de drenaje..• • Partiendo de la ecuación para Partiendo de la ecuación para F(rS) F(rS) se puede determinar se puede determinar el valor adecuado de el valor adecuado de rS rS para un coeficiente de ruido para un coeficiente de ruido deseado.deseado.

TOTO BEBE CONTINUEDCONTINUED