Caracterización y optimización de amplificadores de microondas mediante la técnica de las funciones descriptivas

Resumen

En este trabajo se aplica la técnica de las funciones descriptivas al análisis de circuitos no-lineales en régimen de gran seal como son los amplificadores de rf. Aunque esta técnica ya se ha aplicado a dispositivos activos de una puerta, (osciladores), la extensión de su empleo a dispositivos no-lineales multipuerta, (bit, mesfet y hemt), no se habia desarrollado debido en parte a la dificultad para obtener las propias funciones descriptivas, (admitancias dinámicas del dispositivo), y en parte a la gran complejidad matemática que supone la resolución simultanea del conjunto de ecuaciones no-lineales que representa al sistema. La determinación de las funciones descriptivas implica el desarrollo de un modelo de parámetros concentrados para el elemento activo. En este estudio se ha desarrollado un modelo preciso para mesfet, incluyendo incluso la dependencia con la polarización, y se ha reducido la complejidad matemática mediante hipótesis previas sobre las formas de onda y estados de operación del transistor que posteriormente han sido plenamente justificadas. La comprobación de los resultados obtenidos por la técnica de las funciones descriptivas se lleva a cabo mediante técnicas de simulación bien probadas y por los resultados experimentales obtenidos de los distintos amplificadores diseñados. La excelente concordancia demuestra que si bien es necesario a priori un conocimiento de las formas de onda, conocimiento obtenido a partir de medidas experimentales o del análisis de la acción de filtrado de las redes lineales del circuito, la aplicación de esta técnica a redes no-lineales multipuerta permite un análisis completo y general de este tipo de circuitos. El método propuesto permite sin excesiva complejidad matemática, una caracterización completa del amplificador incluyendo las formas de onda de las tensiones y corrientes, la síntesis de las impedancias de entrada y salida y el calculo de los principales parámetros característicos. Los resultados obtenidos confirman la capacidad de latecnica de las funciones descriptivas para analizar el sistema no-lineal a pesar de las limitaciones impuestas por las hipótesis de trabajo. Aunque existen otras técnicas de análisis de amplificadores de rf en el dominio del tiempo, dichos métodos no permiten, como lo hace la técnica de las funciones descriptivas, el análisis del circuito no-lineal en su totalidad y no proporcionan los parámetros necesarios para la síntesis y optimización de los circuitos de acoplo.