Tesi di Laurea in Elettronica per le Telecomunicazioni Università degli Studi di Trieste Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Elettrotecnica Elettronica Informatica Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica 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 Laureando Mauro Popesso Relatore Prof. Mario Fragiacomo Correlatore Prof. Sergio Carrato Anno Accademico 2005-2006

Il Satellite AtmoCube Misure Frequenza TX in UHF (437.49 MHz) 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

Obiettivi Generali Progettare un amplificatore RF di potenza Segnale amplificato deve essere ricevuto correttamente sulla terra Utilizzo nel progetto del software AWR Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

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) Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Scelte di Progetto Amplificatore G = 33 dBm – 7 dBm = 26 dB 2 stadi Driver & Stadio Finale Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Schema a Blocchi Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

AWR Analog Office Microwave Office Visual System Studio Tuning Ottimizzazione Visual System Studio Simulazioni lineari e non lineari Harmonic Balance Volterra-Series Simulator Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Scelta dei Componenti Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Scelta dei Componenti – 1 Stadio 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 Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Scelta dei Componenti – 2 Stadio 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

Scelta dei Componenti – 3 Driver 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

Scelta dei Componenti – 4 Driver Infineon BFP196 NPN Silicon RF Transistor VCC = 5 V IC(max) = 150 mA hfe(typ) = 100 Pd(max) = 700 mW Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Stadio Finale Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Stadio Finale – 1 Classe di Amplificazione Alto rendimento Classe C o E NON 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 Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Stadio Finale – 2 Adattamento Adattamento in ingresso Adattamento in uscita verso (Zout)* verso Ropt e Cout ottimizzato Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Stadio Finale – 3 Adattamento in Uscita Ropt e Cout Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Simulazione con AWR – 1 Stadio Finale Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Simulazione con AWR – 2 Stadio 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

Simulazione con AWR – 3 Stadio Finale Circuito ottimizzato dal software Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Simulazione con AWR – 4 Stadio Finale Adatt. (Zout)* G = 4.3 dB Pout = 27.3 dBm PDD = 29.6 dBm η = 59 % Adatt. ottimizzato G = 10.1 dB Pout = 33.1 dBm PDD = 35.0 dBm η = 65 % 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

Ottimizzazione Calcolo delle impedenze delle reti di adattamento Rete di ingresso Rete di uscita Normalizzato Normalizzato 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 Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Problemi nella Simulazione Vgate e Is Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Driver Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Possibilità di deriva termica Driver Active Bias Possibilità di deriva termica del BJT Stabilizzazione in T Active Bias Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Simulazione con AWR – 5 Driver con BFP450 IMAX = 100 mA BFP196 IMAX = 150 mA Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Simulazione con AWR – 6 Driver 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

Simulazione con AWR – 7 Driver con BFP196 Controllo del guadagno Var. della tensione di alimentazione Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

…nel Futuro Test dell’amplificatore finale Eventuale sviluppo classe E Test I stadio del driver Progetto II stadio del driver Progetto del circuito AGC Trieste, 11.12.2006 Mauro Popesso

Tesi di Laurea in Elettronica per le Telecomunicazioni Università degli Studi di Trieste Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Elettrotecnica Elettronica Informatica Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica 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 FINE Anno Accademico 2005-2006