Front-end de radiofrecuencia

Abstract

A lo largo de la historia de las telecomunicaciones ha existido un esfuerzo por la reducción del tamaño, consumo y coste de los equipos empleados en la comunicación. Aunque las cosas han mejorado significativamente, éste esfuerzo sigue vigente a día de hoy y es por ello que es necesario el análisis de los elementos que más consumen y más ocupan en un sistema de telecomunicaciones. El front-end de radiofrecuencia es uno de estos elementos y los circuitos que lo forman son amplificadores, filtros y mezcladores. Este proyecto consiste en el análisis, la construcción y la medición de un amplificador de potencia, así como en el diseño, construcción y medida de un amplificador de bajo ruido. Ambos se han construido y medido exitosamente, permitiendo evaluar la problemática de rendimiento, linealidad y tamaño que suponen.
En lo que respecta al amplificador de potencia, se trata de un amplificador lineal clase AB el cual ha proporcionado un rendimiento de drenador superior al 60% en la banda de 120MHz a 150MHz, alcanzando en frecuencias inferiores rendimientos de hasta el 75% (1W a la entrada y 24V de DC). Se ha conseguido una ganancia media de 20 dB. Además, insertando 1W a la entrada se ha obtenido una potencia igual o superior a 63W en toda la banda, alcanzando para algunas frecuencias 119W. Por lo que respecta a la distorsión armónica, se ha observado que con el filtrado se mejora considerablemente el espectro.
Por otro lado, con el amplificador de bajo ruido se ha conseguido una ganancia igual o superior a 15dB en el rango de frecuencia de 80MHz a 130MHz, alcanzando los 20dB para frecuencias más bajas. Para evaluar su linealidad se ha medido el punto de compresión a 1dB y el IP3 para todo el rango de trabajo.
Este proyecto contiene todos los conocimientos teóricos para el desarrollo del mismo, así como un proceso detallado de simulación, construcción y medición. Por último, se presenta una evaluación global del proyecto, los aspectos presupuestarios y un posible rumbo de trabajo de cara al futuro.
Abstract:
Along the history of telecommunications, there has been an effort to reduce the size, consumption and cost of the equipment used for communications. Although the conditions have improved significantly, this effort stills valid nowadays. Thus, there is a need to analyse the elements of bigger consumption and size within a telecommunication system. The radio frequency front-end is one of this elements and it is composed of amplifiers, mixers and filters. This project consists of the analysis, construction and measurement of a power amplifier, besides the design, construction and measurement of a low noise amplifier. Both have been successfully constructed and measured to evaluate issues like efficiency, linearity and size. On the one hand, the power amplifier is a linear class AB, its drain efficiency is over 60% from 120MHz up to 150MHz, reaching 75% at lower frequencies. With 24V of DC and injecting 1W at the input, the gain is over 20dB and the output power is always higher than 63W along the entire band, reaching 119W for some frequencies. Regarding its harmonic distortion, it was seen the improvement of the spectrum with the output filtering. On the other hand, with the low noise amplifier the gain is higher or equal to 15dB from 80MHz to 130MHz, reaching 20dB for lower frequencies. In order to evaluate the linearity, the 1dB compression point and the third-order intercept point were measured. This project contains all the theoretical knowledge that was needed for its development, as well as a detailed process of simulation, construction and measurement. Finally, a global evaluation of the project, quote and future steps are presented.