Tesi di Laurea in Elettronica per le Telecomunicazioni

STUDIO PER LA PROGETTAZIONE DELL’AMPLIFICATORE

RF DI POTENZA PER IL TRASMETTITORE DEL SATELLITE

ATMOCUBE MEDIANTE L’UTILIZZO DEL SOFTWARE DI

SIMULAZIONE AWR

Università degli Studi di Trieste

Facoltà di IngegneriaDipartimento di Elettrotecnica Elettronica InformaticaCorso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica

LaureandoMauro Popesso

RelatoreProf. Mario Fragiacomo

CorrelatoreProf. Sergio Carrato

Anno Accademico 2005-2006

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 2

Il Satellite AtmoCube

Misure Spettro radiazione solare Intensità campo magnetico terrestre

Frequenza TX in UHF (437.49 MHz) Potenza irradiata > 1 W

Aumentata a 2 W in via cautelativa

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 3

Obiettivi Generali

Progettare un amplificatore RF di potenza Segnale amplificato deve essere ricevuto

correttamente sulla terra

Utilizzo nel progetto del software AWR

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Specifiche di Progetto

Pin = 5-10 mW (7-10 dBm)

Pout > 2 W (33 dBm) Alimentazione a 5 V Rendimento η > 60 % Amplificazione variabile (stab. Pout)

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Scelte di Progetto

Amplificatore

G = 33 dBm – 7 dBm = 26 dB

Driver & Stadio Finale

2 stadi

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Schema a Blocchi

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 7

AWR

Analog Office Microwave Office

Tuning Ottimizzazione

Visual System Studio

Simulazioni lineari e non lineari

•Harmonic Balance•Volterra-Series Simulator

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Scelta dei

Componenti

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Scelta dei Componenti – 1Stadio finale

Freescale MRF1517NT1 LDMOS Silicon Gate N-Channel Enhancement 520 MHz VDD = 7.5 V

Pout = 8 W

Pd(max) = 62.5 W

Modello NON inserito in libreria AWR

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Scelta dei Componenti – 2Stadio Finale

Polyfet L2711 LDMOS N-channel Enhancement 500 MHz VDD = 7.5 V

Pout = 7 W

Pd(max) = 80 W

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 11

Scelta dei Componenti – 3Driver

Infineon BFP450 NPN Silicon RF Transistor VCC = 5 V

IC(max) = 100 mA

hfe(typ) = 95

Pd(max) = 450 mW

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 12

Scelta dei Componenti – 4Driver

Infineon BFP196 NPN Silicon RF Transistor VCC = 5 V

IC(max) = 150 mA

hfe(typ) = 100

Pd(max) = 700 mW

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Stadio Finale

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 14

Stadio Finale – 1Classe di Amplificazione

Alto rendimento Classe C o ENON LINEARITÁ

Classe C Facilità di polarizzazione Rendimento minore

rispetto a Classe E

Classe E Rendimento maggiore

rispetto a Classe C Difficoltà di messa a punto

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Adattamento in ingresso Adattamento in uscita

verso (Zout)*

verso Ropt e Cout

ottimizzato

Stadio Finale – 2Adattamento

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 16

Stadio Finale – 3Adattamento in Uscita

Ropt e Cout

40pFCC

4.167Ω2P

VR

2R

VP

ossout

opt

2DD

optopt

2DD

opt

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Simulazione con AWR – 1Stadio Finale

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 18

Simulazione con AWR – 2Stadio Finale

Adatt. (Zout)*

G = 4.3 dB

Pout = 27.3 dBm

PDD = 29.6 dBm

η = 59 %

Adatt. Ropt e Cout

G = 4.8 dB

Pout = 27.8 dBm

PDD = 30.8 dBm

η = 50 %

per Pin = 23 dBm

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 19

Simulazione con AWR – 3Stadio Finale

Circuito ottimizzato dal software

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 20

Simulazione con AWR – 4Stadio Finale

Adatt. (Zout)* G = 4.3 dB Pout = 27.3 dBm

PDD = 29.6 dBm η = 59 %

Adatt. Ropt e Cout

G = 4.8 dB Pout = 27.8 dBm

PDD = 30.8 dBm η = 50 %

Adatt. ottimizzato

G = 10.1 dB

Pout = 33.1 dBm

PDD = 35.0 dBm

η = 65 %per Pin = 23 dBm

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 21

Ottimizzazione Calcolo delle impedenze delle reti di adattamento

Rete di ingresso Rete di uscita

ZAdatt_in = 0.39 + j 4.94 Ω ZAdatt_out = 3.095 + j 0.35 Ω

dal datasheet Zin = 0.4 – j 4.4 Ω

Normalizzato Normalizzato

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Problemi nella SimulazioneVgate e Is

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Driver

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DriverActive Bias

Possibilità di deriva termica

del BJT

Stabilizzazione in T

Active Bias

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Simulazione con AWR – 5Driver con BFP450

IMAX = 100 mA

BFP196

IMAX = 150 mA

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 26

Simulazione con AWR – 6Driver con BFP196

Adattamento ottimizzato

G = 9.4 dB

Pout = 19.4 dBm

PDD = 24.0 dBm

η = 35 %

BFP450 G = 6.2 dB

Pout = 16.2 dBm

PDD = 22.4 dBm

η = 24 %

Corrente entro i limiti massimi per Pin = 10 dBm

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 27

Simulazione con AWR – 7Driver con BFP196

Var. della tensione di alimentazione Controllo del guadagno

Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso 28

…nel Futuro

Test dell’amplificatore finale Eventuale sviluppo classe E Test I stadio del driver Progetto II stadio del driver Progetto del circuito AGC

Tesi di Laurea in Elettronica per le Telecomunicazioni

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Anno Accademico 2005-2006

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RF DI POTENZA PER IL TRASMETTITORE DEL SATELLITE

ATMOCUBE MEDIANTE L’UTILIZZO DEL SOFTWARE DI

SIMULAZIONE AWR

FINE