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Universidad Tecnológica De La Mixteca

“Diseño de un amplificador de bajo ruido para
aplicaciones de comunicaciones inalámbricas”

INSTITUTO DE ELECTRÓNICA Y COMPUTACIÓN
Tesis
Que para obtener el titulo de:

INGENIERO EN ELECTRÓNICA

Presenta:
Noé Rodríguez Jiménez

Asesor:
M.C. Fermín H. Ramírez Leyva

Huajuapan de León, Oax.

Noviembre de 2001

4

RESUMEN

En la últimadécada los cambios en las comunicaciones por medio de radio enlaces se han
incrementado de manera significativa a través de los requerimientos de la sociedad que cada vez
exige de sistemas más eficientes que le permitan comunicarse por medio de dispositivos
inalámbricos capaces de mantener un enlace por más tiempo, más lejos y con la mejor claridad
posible. La necesidad de dispositivos deestas características permiten el diseño de nuevos
sistemas complejos de microondas todos con la finalidad de poder satisfacer la principal
característica que se busca de los sistemas inalámbricos, la libertad. Este trabajo presenta el
diseño de una de las partes más importantes de los sistemas inalámbricos la cual representa el
primer nivel de amplificación de la señal recibida por el sistema deantena, el amplificador de
bajo ruido (por sus siglas en ingles Low Noise Amplifier) LNA. Con este trabajo se pretende el
diseño de un LNA particularmente para aplicaciones de comunicaciones inalámbricas
presentando una metodología para el diseño tomando los requerimientos más importantes para
lograrlo.

5

CONTENIDO

RESUMEN

4

CONTENIDO

5

LISTA DE FIGURAS

7

10PRÓLOGO

CAPÍTULO 1

11

1.1 Antecedentes

11

1.2 Objetivo

11

1.3 Justificación

12

1.4 Circuitos Activos de Microondas

12

1.4.1 Ruido en los Sistemas de Microondas

13

1.4.2 Rango Dinámico y Fuentes de Ruido

13

1.4.3 Figura de Ruido

14

1.4.4 Productos de Inter Modulación

15

1.5 Amplificadores de Estado Sólido para Microondas

16

1.5.1Características de los Amplificadores

16

1.5.2 Tipos de Amplificadores de Estados Sólido para Microondas

18

1.6 Transistores Bipolares

19

1.6.1 Polarizado de los Transistores Bipolares

20

1.6.2 Configuraciones de los Transistores como Amplificadores

21

1.6.3 Acoplo de Transistores Bipolares

22

1.7 Microcintas

23

1.8 Introducción al Software Microwave Office

25

6CAPÍTULO 2 AMPLIFICADOR PARA MICROONDAS
2.1 Líneas de Transmisión

29
30

2.1.1 Impedancia Característica Zo

30

2.2.1 Coeficiente de Reflexión Γ

32

2.2 Matriz de Parámetros S

33

2.3 Ecuaciones de Potencia y Ganancia para una Red Activa de dos Puertos

36

2.3.1 Ganancia de Potencia

37

2.3.2 Ganancia de Transductor

38

2.3.2.1 Máxima Ganancia Unilateral deTransductor
2.3.3 Ganancia de Potencia Disponible
2.3.3.1 Máxima Ganancia de Potencia Disponible con el uso de Impedancias

39
39
40

Conjugadas

CAPÍTULO 3 DISEÑO

41

3.1 Definición de los Parámetros Importantes

41

3.2 Selección del Dispositivo

42

3.3 Características del Transistor BFG425W

43

3.4 Análisis de Estabilidad

46

3.5 Circuito de Polarización

483.6 Redes de Acoplo

51

3.6.1 Red de Acoplo de Entrada

55

3.6.2 Red de Acoplo de Salida

57

3.6.3 Cálculo de la Red de acoplo con Microcintas

59

3.6.4 Implementación y Pruebas

61

3.7 Optimización

66

3.8 Ruido del Sistema

72

7

CAPÍTULO 4 IMPLEMENTACIÓN EN LAYOUT

75

4.1 Implementación

75

4.2 Optimización

77

CAPÍTULO 5 RESULTADOS YCONCLUSIONES

80

5.1 Resultados

80

5.2 Conclusiones

81

5.3 Líneas futuras de Diseño

82

BIBLIOGRAFÍA

83

ANEXO A

85

ANEXO B

87

ANEXO C

88

ANEXO D

95

8

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Rango Dinámico

13

Figura 1.2 Circuitos de polarización de BJT’s

20

Figura 1.3 Amplificador Emisor Común

22

Figura 1.4 Microcintas

24...