Corso di Microonde II

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1 POITECNICO DI MIANO Coro di Microonde II ezi n. 3: Generalità ugli amplificatori ineari Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

2 Circuiti attivi a microonde (Amplificatori) V in Z g P dip A P l Z l Funzione Funzione dell amplificatore: Traferire Traferire ul ul carico carico una una potenza potenza di di egnale egnale maggiore maggiore di di quella quella che che i i avrebbe avrebbe collegando collegando direttamente direttamente il il generatore generatore al al carico carico Principale parametro di merito dell amplificatore: Guadagno traduttivo di potenza G T, definito come il rapporto tra la potenza ul carico e quella dipbile dal generatore Altri parametri di merito: dipendono dall applicazione pecifica dell amplificatore; poono eere: Condizi di adattamento in ingreo e ucita (cioé capacitá di non riflettere la potenza in ingreo e in ucita) ivello di rumore aggiunto all ucita ivello di potenza effettivamente traferita ul carico Ditori da non linearitá prodotte (P db, IP 3 ) Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

3 Claificazione degli Amplificatori Amplificatori per piccoli egnali ervono ad incrementare il livello del egnale in ingreo enza ucire dall regione di linearitá dei dipoitivi attivi. Parametri caratteritici ono tipicamente il Guadagno e I livelli di adattamento in ingreo e ucita Amplificatori a bao rumore Devono amplificare egnali a baiimo livello; i realizzano in modo da rendere piú piccolo poibile il contributo di rumore aggiunto in ucita dai dipoitivi attivi impiegati. Rivete particolare importanza per queti dipoitivi la figura di rumore (oltre ai parametri del punto precedente). Amplificatori di potenza Devono incrementare in modo ignificativo il livello di potenza in ucita; biogna rappreentare anche gli effetti non lineari prodotti nei dipoitivi attivi dall ampiezza finita dei egnali. Parametri pecifici per queta clae di amplificatori ono: a Potenza in ucita e il Guadagno a db di compreione, a potenza al punto di intercetta Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

4 Clai di funzionamento degli Amplificatori RF Clae A: I dipoitivi attivi ono polarizzati al centro della zona lineare, conentendo, per tutta l ecurione del egnale in ingreo, la ua riproduzione fedele in ucita. In queta modalità operativa i ha la maima linearità, mentre l efficienza è molto baa (inferiore al 50%). Clae B: I dipoitivi attivi ono polarizzati al limite dell interdizione; olo durante l ecurione poitiva (o negativa) il egnale viene riprodotto fedelmente. Aumenta il rendimento (limite teorico del 78%) ma aumenta anche la ditorione. i può utilizzare con un dipoitivo ingolo per egnali ad inviluppo cotante (modulazione d angolo) o in configurazi puh pull per egnali ad inviluppo variabile. Clae C: Il dipoitivo è polarizzato otto l interdizione. efficienza può uperare l 80%, a pee di un ulteriore crecita della ditorione. i utilizza olo con egnali ad inviluppo cotante Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

5 pecifiche ulla banda paante negli amplificatori a microonde Gli amplificatori a microonde trattano egnali modulati, il cui pettro ha in genere una etenione B molto minore della frequenza centrale f 0 (portante). Di coneguenza gli amplificatori a microonde richiedono una banda normalizzata molto piccola (B/f 0 << ). Il progetto di amplificatori a microonde é quindi generalmente realizzato alla frequenza di centro banda, aumendo che le variazi con la frequenza dei componenti utilizzati provochino, nella banda paante, variazi tracurabili di G T e degli altri parametri di interee. Ció emplifica le procedure di progetto e conente di utilizzare i parametri miurati dei dipoitivi attivi (tipicamente i parametri ) invece dei modelli, molto piú critici e imprecii a frequenze elevate. E comunque indipendabile verificare, mediante imulazi, che il progetto realizzato oddifi le pecifiche nell effettiva banda di frequenza richieta; quando ció non i verifica biogna ricorrere a tecniche numeriche di ottimizzazione del progetto. Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

6 Definizi di Guadagno di Potenza z i i v in v Amplificatore v P P out dip P in z P dip Potenza dipbile dal generatore P in Potenza entrante nell amplificatore P out Potenza ul carico (P out ) dip Potenza dipbile all ucita dell amplificatore Guadagno di Potenza G p P out /P in Guadagno Dipbile di Potenza G a (P out ) dip /P dip Guadagno Traduttivo di Potenza G p P out /P dip Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

7 Topologia di un amplificatore a microonde a ingolo tadio z z R 0 V in MATCH In MATCH Out R 0 Elemento Attivo Funzione delle reti di MATCH (in e out): Preentare al dipoitivo attivo opportune impedenze Z e Z Fai del Progetto Il progetto per piccoli egnali di un amplificatore cte delle eguenti fai: celta del componente attivo Determinazione dei carichi ottimi intei delle reti di MATCH Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

8 Rappreentazione del dipoitivo attivo Il componente attivo viene rappreentato con i uoi parametri miurati (in genere l impedenza di riferimento è pari a 50 Ω). o chema riulta quindi: v in (50Ω) Z Z Z Z Applicando le formule vite la cora lezione, i poono calcolare i parametri ripetto a Z e Z. Per eempio il guadagno traduttivo riulta: ( ) ( ) GT ( ) ( ) Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

9 Il problema della tabilità Un doppio bipolo attivo che funziona come amplificatore deve garantire la tabilità, cioè il egnale d ucita deve rimanere di ampiezza limitata per qualiai egnale di ingreo. Un doppio bipolo i dice incondizionatamente tabile e, per qualiai valore di G e G, riulta: in out in + < out + < e le due condizione non ono verificate contemporaneamente i dice che il doppio bipolo è potenzialmente intabile Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

10 Condizi di tabilità Dati i parametri, le condizi in <, out < ono verificate per qualiai valore di, e riulta: K + >, Det [] < In queto cao (tabilità incondizionata) eite una coppia di valori,opt,,opt che determina l adattamento cugato contemporaneo in ingreo e in ucita. Il queta condizione G T riulta maimo e pari a: G, T MAX ( K K ) Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

11 Eprei per,opt,, C B B C ( 4 ) g g g g, opt ( 4 ),opt, opt C C B B C C g B C g g + ( ) C ( ) B + NOTA: e eprei valgono per 0. i ono ottenute dalla oluzione del itema:, opt, opt ( ) +, ( ) in, opt, +, opt out opt, opt Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

12 Dipoitivo attivo unilaterale Quando 0 i dice che il dipoitivo è unilaterale. In queto cao i ha empre incondizionata tabilità e il G T riulta: G TU, ( ) ( ) ( ) ( ) G T,U diventa maimo (al variare di e ) e i maimizzano i due termini frazionari. Ció i verifica per:, Il guadagno traduttivo, indicato in queto cao con MAG, diventa ( GTU, ) max MAG Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

13 Dipoitivo potenzialmente intabile In cao di dipoitivo potenzialmente intabile (k<) non eite una coppia (, ) che rende maimo di G T. Queto infatti diventa infinito nel cao di inneco dell intabilità. Valori ammiibili di, devono comunque empre determinare + < + < in, out Quete condizi, riportate graficamente ulla carta di mith permettono di individuare le regi ammiibili di e. Il valore maimo indicativo che i aume generalmente per Gt è dato dal maximum table gain: G T,max Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

14 Regione ammiibile per Il luogo dei punti della regione di confine è definito dalla relazione out + i ottiene un cerchio nel piano con centro e raggio dati da: C C r r Piano Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

15 Regione ammiibile per Il luogo dei punti della regione di confine è definito dalla relazione in + i ottiene un cerchio nel piano con centro e raggio dati da: C C r r Piano Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi

16 Individuazione delle regi ammiibili Nei lucidi precedenti i ono riportate le eprei dei cerchi che rappreentano il confine tra le regione ammiibile (tabile) e quella potenzialmente intabile. Per individuare quale regione è quella tabile biogna oervare il valore di in ( out ) per ( )0. i vede che queto coincide con ( ). Quindi, aumendo che, iano < di, i ha: a a regione tabile tabile in < in < ( ( out out <) <) è quella quella eterna eterna al al cerchio cerchio di di intabilità e e ( ( ) ) è <. <. a a regione regione tabile tabile in < in < ( ( out out <) <) è quella quella interna interna al al cerchio cerchio di di intabilità e e ( ( ) ) è >. >. Coro di aurea pecialitica in Ingegneria delle Telecomunicazi