EXAMEN DE MICROONDAS Y CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA

EXAMEN DE MICROONDAS Y CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA DPTO. DE TEORÍA DE LA SEÑAL Y COMUNICACIONES 10 DE SEPTIEMBRE DE 2002; DURACIÓN: 2 horas y cuarto PROBLEMA 1: adaptación de impedancias y líneas de transmisión (45 minutos) Se pretende realizar un adaptador de impedancias basado en un doble stub en
cortocircuito separados (/8 por una línea de 50( (el más próximo a la carga
en serie y el otro en paralelo, y ambos con impedancia característica de
60() con ?eff=4.
. Se sabe que la frecuencia de trabajo es 2 GHz, las pérdidas de retorno
medidas de 8 dB; cuando la línea se acaba en circuito abierto aparece
un máximo de onda estacionaria en la línea de medida (cuyo origen es
desconocido) en la abscisa 2 cm; cuando se carga la línea con la
impedancia problema aparece un mínimo de onda estacionaria en la
abscisa 10.625 cm. Dibuje sobre un diagrama ambas ondas estacionarias
de forma aproximada y determine el valor de la carga problema. (6
puntos, dificultad media-baja)
. Realice la adaptación con el doble stub propuesto en el enunciado
determinando las longitudes de las líneas. (14 puntos, dificultad
media) PROBLEMA 2 parámetros S y uniones de guías (1 hora) Se pretende diseñar un divisor no balanceado con tramos de línea de (/4
como se muestra en la figura 1. Si el divisor debe estar adaptado en la
puerta 1 y si la potencia que sale por la puerta 2 debe ser ¼ de la que
entra por la 1 cuando los accesos 2 y 3 están perfectamente adaptados,
calcular:
. Los valores de Z02 y Z03 para que esto ocurra. (11 puntos, dificultad
media-alta)
. Los parámetros S del divisor. (11 puntos, dificultad media-alta)
. Si los accesos 2 y 3 se cargan con idéntica carga ZL, calcule el
coeficiente de reflexión que se vería en el acceso 1 en función del
coeficiente ?L. (5 puntos, sencillo)
. Si dos divisores como estos se conectan entre sí con sendas líneas de
transmisión de impedancia Z0 y longitud l como muestra la figura 2,
determine el parámetro s11 de la nueva red de dos accesos para el caso
en que l=(/2. (7 puntos, media) |[pic] |[pic] |
PROBLEMA 3 resonadores (15 minutos, sencillo)
En un resonador montado a reflexión se ha medido una frecuencia de
resonancia de 6.5 GHz, un ancho de banda de 2.2 MHz y una ROE de 2.7.
Sabiendo que el resonador está subacoplado (la potencia que el resonador
acopla a la línea es menor que la que se pierde en su interior), calcule el
coeficiente de acoplamiento y los distintos factores de calidad. (6 puntos)
EXAMEN DE MICROONDAS Y CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA
DPTO. DE TEORÍA DE LA SEÑAL Y COMUNICACIONES
10 DE SEPTIEMBRE DE 2002; DURACIÓN: 1 hora y cuarto PROBLEMA 4 circuitos activos: osciladores (20 minutos, dificultad media-
baja)
Se diseña un oscilador mediante un diodo Gunn conectado en serie a un diodo
Schottky varactor de unión abrupta. El varactor se puede modelizar mediante
una capacidad dada por (1) con [pic], Cj0=1 pF y Vbi=1 V. El modelo del
Gunn es una impedancia constituida por tres elementos en serie: una
resistencia de valor RD= -10 Ohm, una capacidad CD=1 pF y una inducción
parásita LP=1 nH. El oscilador se conecta a una línea de transmisión de
longitud ?/4 e impedancia característica 10 Ohm, que se termina en una
carga de 50 Ohm. Determinar las frecuencias de oscilación para una
polarización del varactor de a) 0 V, b) -20 V. (1) [pic] (8 puntos)
PROBLEMA 5 circuitos activos: amplificadores (45 minutos)
Se dispone de un transistor FET, ATF34143 con el que se desea construir un
amplificador a la frecuencia de 4 GHz. La tabla siguiente muestra los
parámetros de dispersión y de ruido de dicho transistor para la
configuración en emisor común para VDS= 4V, IDS=50 mA.
|Frec.|s11 |s21 |s12 |s22 |Fopt|(opt |Rn/50|
|4 GHz |Mod |
|CENTRO |RADIO |CENTRO |RADIO |
|2.47-167 |1.53 |2.51-38 |3.36 |
a) Determine el error (en dB) que se comete si se decide abordar el
diseño del amplificador considerándolo como unilateral. (sencillo, 3
puntos)
A partir de aquí se considera el diseño del transistor como unilateral. Se
utilizan los círculos de ganancia asociados a las redes de entrada (G1) en
el plano ?S y a las redes de salida (G2), en el plano ?L. Se recuerda que
dichos círculos G1 y G2 proceden de los términos asociados a las redes de
entrada y salida en la expresión de la ganancia de transducción. Se
pregunta:
b) Para qué cargas se conseguiría la máxima ganancia del amplificador.
¿Es posible conseguir dicha ganancia y cuál sería su valor? (sencillo,
6 puntos)
c) Si se decide abordar un diseño de mínimo ruido, para qué carga se
consigue y cuánto queda la nueva ganancia del amplificador. (sencillo,
6 puntos)
d) Si se pide una ganancia G1 de 2 dB, determine, aproximadamente el
mínimo ruido que se puede conseguir y la carga para la que ocurre.
(media, 8 puntos)
e) Para la situación del apartado anterior y suponiendo un ancho de banda
de un 4%, determine el margen dinámico del amplificador (media, 5
puntos) |Círculos de ruido |
|Ruido (dB) |CENTRO |RADIO |
|0.53 |0.43149 |0 |
|0.70 |0.37149 |0.35 |
FÓRMULAS PRINCIPALES CIRCUITOS PASIVOS
Líneas de transmisión y guías de onda
Número de onda de corte: [pic];
Constante de propagación: [pic]
Impedancia característica: [pic]
Línea sin pérdidas:
Propagación: [pic]; [pic]
Impedancia característica: [pic]
Velocidad de fase: [pic]
Voltajes y corrientes: [pic]
Coeficiente de reflexión: [pic]; [pic]
Relación de onda estacionaria: [pic]; Pérdidas de retorno: [pic]
Impedancia en la línea: [pic]
Potencia: transmitida: [pic]; disponible: [pic]
Energía almacenada: magnética [pic]; eléctrica [pic]
Línea con bajas pérdidas:
[pic]
Atenuación en líneas y guías:
[pic]
Guía rectangular: [pic];
[pic]; [pic]
Guía circular: [pic]; [pic]
Línea coaxial: [pic]; [pic]; [pic];
Línea stripline: [pic]; [pic]
Línea microstrip: [pic]
[pic]
[pic]; [pic]
Análisis de redes de microondas
Impedancia en una red de microondas: [pic]
Expresiones matriciales de circuitos: [pic]
Matriz de transmisión para cuadripolos: [pic]
Definición ondas de potencia: [pic]
Relación entre matriz S y Z: [pic];
Resonadores:
Resonador serie
Impedancia de entrada: [pic]
Potencia: [pic]
Pulsación de resonancia: [pic]
Factor de calidad: [pic][pic]
Impedancia: [pic][pic]
Ancho de banda normalizado: [pic]
[pic]
[pic] CIRCUITOS ACTIVOS: amplificadores
|GANANCIA DE TRANSDUCCIÓN |
|[pic] |
|Factor de mérito unilateral: [pic] |
|Error: [pic] |
|FACTOR DE ROLLET |
|[pic] |[pic] |
|CÍRCULO DE ESTABILIDAD DE FUENTE |CÍRCULO DE ESTABILIDAD DE CARGA |
|CENTRO |RADIO |CENTRO |RADIO |
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|CÍRCULOS DE GANANCIA DE POTENCIA |
|Parámetro normalizado |CENTRO |RADIO |
|[pic] |[pic] |[pic] |
|CÍRCULOS TRANSFORMADO DE GANANCIA DE POTENCIA |
|Parámetro |CENTRO |RADIO |
|[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic] |
|CÍRCULO DE RUIDO |
|CENTRO |RADIO |PARÁMETRO |
|[pic] |[pic] |[pic] |
|CÍRCULOS DESADAPTACIÓN ENTRADA |CÍRCULOS DESADAPTACIÓN SALIDA |
|Coeficiente de desadaptación: [pic] con [pic] |
|CENTRO |RADIO |CENTRO |RADIO |
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|CÍRCULO DE GAN