Amplificadores de raiofrecuencia

Diseño de un Amplificador de Baja Potencia de RF por Medio de sus Parámetros S utilizando MATLAB
Nataly Medina, Francisco J. Díaz, Adalberto Bustamante, Alejandro Jiménez, CETYS Universidad, Optativa: Radiofrecuencia Prof. David Zevallos
Resumen—El presente documento muestra el diseño de amplificadores de Radiofrecuencia de baja potencia por medio de MATLAB, el cual nos proporciona lainformación necesaria para determinar todo parámetro a considerar en el diseño de este amplificador. A su vez, se introduce la teoría básica de los parámetros S o también llamados de Scattering, los cuales con ayuda de un Analizador de Redes de dos puertos e impedancia típica de 50Ω, proporciona los parámetros S en archivos *.s2p, los cuales son capturados por medio de MATLAB.

Índice de Términos— MAG,GT, S, Z, Y, Analizador de Redes

INTRODUCCIÓN
L
A aproximación de parámetros concentrados en teoría de redes presenta ventajas indiscutibles cuando se trata de análisis de circuitos eléctricos en continua o en baja frecuencia.
Cuando la longitud de onda de la señal disminuye, es de mucha ayuda abordar el análisis en parámetros basados en conceptos como ondas portadoras, coeficientes dereflexión, entre otros. Los cuales son ampliamente utilizados en la actualidad en el diseño de líneas de transmisión, circuitos de RF y microondas.
De éste modo se usan parámetros basados en el coeficiente de reflexión en redes de dos puertos. Estos son los llamados parámetros S o de Scattering, los cuales relacionan las magnitudes de los flujos de potencia en la red.

a1=Potencia que entra a lared por el puerto 1
b1=Potencia que sale de la red por el puerto 1
a2=Potencia que entra a la red por el puerto 2
b2=Potencia que sale de la red por el puerto 2


Los cuales matemáticamente se expresan como:
a1= i1+Z0
b1= i1-Z0

a2= i2+Z0

b2= i2-Z0
Donde in+es la onda de voltaje que entra al puerto n y in-es la onda de voltaje que sale del puerto n.

Cabe destacar que dichoscoeficientes están normalizados con respecto a una impedancia base, la cual se define usualmente como la típica usada en líneas de transmisión y antenas: 50Ω.

Para relacionar dichos coeficientes, se usa la matriz de parámetros complejos dependientes de la frecuencia.

En donde:

Siendo los coeficientes definidos por las siguientes relaciones:

S11= b1a1= Potencia reflejada en el puerto1Potencia incidente en el puerto 1

S21= b2a1= Potencia transmitida al puerto 2Potencia incidente en el puerto 1

S22= b2a2= Potencia reflejada en el puerto 2Potencia incidente en el puerto 2

S12= b1a2= Potencia transmitida al puerto 1Potencia incidente en el puerto 2

Con lo anterior se tiene para cada término de la matriz relaciona la potencia incidente y reflejada en cada puerto de lared.

S11=Coeficiente de reflexión en la entrada
S12=Coeficiente de transmisión inversa
S21=Coeficiente de transmisión directa
S22=Coeficiente de reflexión en la salida

Para el diseño de un amplificador de RF se tiene que considerar todo parámetro necesario en las redes de entrada y salida. En la figura, se muestran las redes de entrada y salida (S y L respectivamente) y al centro, la red dedos puertos cuyos parámetros S son conocidos. La elección de S y L busca adaptar las impedancias de la fuente y puerto 1 (S); y del puerto 2 a la carga (L) de modo de maximizar la transferencia de potencia.

Procedimiento de diseño del amplificador de RF
Análisis del archivo *.s2p y su representación en Cartas de Smith

%BFR93A Bias condition: Vce=8V, Ic=5mA

Las siguientes gráficasmuestran el comportamiento de los parámetros S del amplificador según las especificaciones.

Diseño de la solución de un amplificador de RF utilizando el transistor BFR93A – NTE 2402

Como requerimientos, nuestro amplificador deberá ser diseñado para operar a una frecuencia central de 500MHz, suponiendo un ancho de banda de 250KHz.
La siguiente figura muestra el diseño general del amplificador...