Metodología de diseño y construcción de prototipos amplificadores de potencia de microondas para la banda de radiofrecuencia UHF

Abstract

Esta Tesis propone una Metodología para el diseño de Amplificadores de potencia de Radio Frecuencia que combina desarrollos teóricos, consideraciones técnicas y secciones de simulación con “Microwave Office”. Son presentados y desarrollados, además de una justificación para el estudio de estos amplificadores, los siguientes temas: Estado del arte de la fabricación de dispositivos activos de microondas, su evolución y los criterios de selección, Substratos para amplificadores de potencia de RF, Sintetización de líneas de transmisión, Caracterización de un transistor HEMT de GaN, T de polarización con elementos discretos, Análisis de potencia de salida y eficiencia en función del ángulo de conducción de corriente, Adaptaciones Multisección y la Técnica Load Pull para determinar carga óptima.Se presentan varios criterios teórico-prácticos para diseñar e implementar amplificadores así como las mediciones obtenidas con un Analizador Vectorial de Redes. Como resultados, fueron diseñados, construidos y caracterizados dos prototipos amplificadores de potencia de RF a 2.45GHz con un ancho de banda de 100MHz. El primer amplificador fue diseñado con una carga sintonizada con eliminación de armónicos, polarizado en configuración Deep AB con 150mA de corriente de Drenaje y 20Vds. La carga sintonizada fue determinada a través de los contornos de Load Pull, obteniendo en el laboratorio un punto de compresión de 31.7 dBm y una eficiencia esperada del 70% para una entrada entre 13-15dBm. El segundo prototipo es un Amplificador clase F con una eficiencia sostenida esperada de aproximadamente 70% en un rango lineal de potencia entrada entre 5-25dBm. Ganancia obtenida de 12.4 dB con un punto de compresión de 32.3 dBm. / Abstract. This Thesis proposes a methodology for designingRF power amplifiers combining theoretical developments, technical considerations and simulation sections in "Microwave Office" software. Are presented and developed, with a justification for the study of these amplifiers, following topics: active microwave solid-state devices “State of the art”, evolution and selection criteria, RF power amplifiersSubstrates, Synthesis of Transmission Lines, GaN HEMT transistor Characterization, Bias T with lumped elements, Output power and efficiency analysis in terms of current conduction angle, Multisection adaptations, load Pull Technique for determining the optimum load. Several theoretical and practical criteria for designing and implementing amplifiers as well as measurements obtained with a vector network analyzer are presented. As result, were designed, constructed and characterized two RF power amplifiers prototypes at 2.45GHz (100MHz bandwidth).First amplifier was designed with a tuned load harmonic elimination, DeepAB polarized configuration with 150mA current drain and 20Vds. Tuned load was determined with Load Pullcontours, results in a compression point of 31.7 dBm and an expected efficiency of 70% for a 13-15dBm input power. Second prototype is a class C amplifier with an expected sustained efficiency of 70% approximately in a linear range5-25dBm of input power. 12.4 dB of power gain and32.3 dBmcompression point.