Macthing circuit

7/24/2019 Macthing circuit

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Departamento de Eletrnica Telecomunicaes e InformticaAntenas e Guias de Onda

2014/2015

Projeto e simulao de malhas de umamplificador para RF

Autores (Grupo 2-P5):Gonalo Amorim Dias N Mec: 64777

Ricardo Jorge Gonalves N Mec: 76001


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Relatrio n1 Antenas e Guias de Onda Grupo n2 - P5

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Introduo

Este relatrio foi elaborado no mbito da disciplina de Antenas e Guias de Onda. A

atividade consistia na projeo de malhas de adaptao com o objetivo de simular um

amplificador unilateral em RF com mximo ganho de transduo a 5 GHz.

Inicimos a anlise fazendo clculos tericos utilizando a carta de Smith. Depois

passmos simulao usando o programa AWR Design Environment . Passamos ento

descrio do procedimento executado, resultados obtidos e concluses retiradas.

Projeo das malhas de adaptao

Neste projecto foi-nos pedido para o amplificador ter o ganho mximo a 5 GHz.

Foi-nos fornecido um ficheiro com os valores do parmetros S de um transstor para

vrias frequncias. A 5 GHz os parmetros eram os seguintes:

|S11| S11 () |S21| S21() |S12| S12() |S22| S22()

0.821 -101.6 3.436 86.6 0 20.0 0.446 -87.6

Tabela 1 - Parmetros S a 5 GHz

Para que possamos analisar os valores da tabela utilizando a carta de Smith, precisamos

de saber o valor do coeficiente de reflexo da carga e da impedncia do gerador.

Figura 1 - Esquema do amplificador RF


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Para que a transferncia de potncia seja mxima o coeficiente de reflexo da

impedncia do gerador tem que ser igual ao complexo conjugado de S11 e o coeficiente

de reflexo da carga tem que ser igual ao complexo conjugado do valor de S22.

Seguindo o raciocnio acima referido obteve-se os seguintes valores:

= 0.821 101.6 = 0.821 101.6

= 0.446 87.6 = 0.446 87.6

Para podermos saber o valor do comprimento das linhas de stub e da distncia ao

amplificador pretendida, convertemos os valores dados para valores de admitncia e

rodmos na direo da carga at ao ponto onde a linha est melhor adaptada (a

condutncia 1, escolhemos a soluo de linhas mais compridas). O comprimento

obtido para a distncia do gerador ao stub foi de 0.159 enquanto que a distncia do

stub carga obtida foi de 0.22 .

Para obter o valor do comprimento do stub, partimos do ponto da carta de Smith queindica circuito aberto e rodmos em direo ao gerador, at que o valor da parte

imaginria do ponto de condutncia 1 para cada uma das impedncias em anlise fosse

anulada. Os comprimentos obtidos foram, respectivamente, 0.196 e 0.124 para o

comprimento o stub do lado do gerador e do lado do carga.

De seguida, apresentamos a carta de Smith com os clculos acima referidos.


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Figura 2 - Carta de Smith com os clculos efetuados


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Tendo este amplificador como objectivo principal a mxima transferncia de energia

para as impedncias, faremos a anlise do ganho de transduo. Assim, para os valores

acima apresentados calculado da seguinte forma:

=1 | |

| 1 |= 4.8684

=1 | |

| 1 |= 0.9632

= | | = 10.7211

= = 16.5527

Simulao com linhas microstrip num circuito no polarizado

Primeiramente simulmos a malha de entrada com linhas microstrip, para isso

recorremos ferramenta Txline para calcularmos o comprimento e a largura das

linhas. Os resultados obtidos encontram-se ilustrados abaixo.

Figura 3 - Esquema da malha de entrada


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Figura 4 - Coeficiente de reflexo e Ganho da malha de entrada

Comparando o valor do coeficiente de reflexo do gerador obtido na carta de Smith,

teoricamente, e o obtido experimentalmente podemos perceber que a malha de

entrada se encontra bem dimensionada. O erro mnimo que existe na reactncia deve-

se a aproximaes que tero sido feitas a quando do dimensionamento. Aps a

simulao desta malha bem sucedida, passmos simulao da malha de sada. Os

resultados obtidos foram:

Figura 5 - Esquema da malha de sada


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Figura 6 - Coeficiente de reflexo e Ganho da malha de sada

Uma vez mais, pelo resultado obtido na malha de sada e no respectivo coeficiente de

reflexo podemos perceber que a malha de sada se encontra igualmente bem

dimensionada. Depois, simulmos o ganho do transistor e obtemos os seguintes valores:

Figura 7 - Esquema e ganho do transstor


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Mais uma vez os valores obtidos comprovam os valores tericos. Aps esta simulao,

podemos juntar todo o circuito e simular o amplificador:

Figura 8 - Esquema completo do amplificador RF

Figura 9 - Ganho do amplificador RF a 5 GHz

Figura 10 Ganho do amplificador RF de 0.1 a 10 GHz


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Como podemos observar o valor do ganho comprova o valor terico. Os pontos de

ganho mnimo que aparecem na Figura 10, devem-se ao facto de naquelas frequncias

as linhas serem /4 ou seja so curto circuito da o ganho ser mnimo nesses pontos .

Simulao com linhas microstip com o circuito polarizado

Passando agora anlise mais realista de todas em que o circuito est polarizado e

construdo com linhas microstrip. Para obtermos a malha de polarizao consideramos

duas linhas microstrip de /4 em srie : uma tem baixa impedncia (Zo). Para obtermos oscomprimentos destas linhas usmos a ferramenta Txline e verificamos para a Tecnologia

Microstrip a impedncia mnima realizavel era cerca de 27 (7.5mm) e a mxima

150 (0.1mm).Obtemos os seguintes resultados:

Figura 11 - Esquema do amplificador RF com circuito de polarizao


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Figura 12 - Ganho do amplificador RF com circuito de polarizao

Como podemos observar atravs da figura 12 o ganho ligeiramente menor do que osem polarizao, mas nada de muito significativo.

Concluso

Com esta trabalho pudemos perceber o funcionamento de um amplificador unilateralRF. O objectivo deste trabalho prtico era perceber o funcionamento do amplificadorquando a transferncia de energia mxima, adaptamos as impedncias do gerador eda carga de forma a que fossem o complexo conjugado dos parmetros que definem otransistor.

Pudemos analisar o efeito da polarizao no circuito. Obtemos o valor do ganhoprximo do terico, um pouco menor, mas no muito distante.

No geral todas os clculos e projees tericas coecidem com os valores prticos.

Bibliografia

[1] Microwave Engineering, David M.Pozar .

[2] Microwave Transistor Amplifiers Analysis and Design, Guilhermo Gonzalez .

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