Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Diseño mediante simulación de un mezclador

resistivo en tecnología HEMT

Autor: Tarik Chahboune

Tutor: Luis Javier Reina Tosina

Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación

Autor:

Tarik Chahboune

Tutor:

Luis Javier Reina Tosina

Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016

Proyecto Fin de Carrera: Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de

Ingeniería de Sevilla

Autor: Tarik Chahboune

Tutor: Luis Javier Reina Tosina

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los

siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2016

El Secretario del Tribunal

A mi familia

A mis amigos

I

Agradecimientos

En primer lugar quiero agradecerle a mi familia el apoyo que me han dado desde el momento en el que decidí emprender mi trayectoria universitaria. Gracias a las condiciones que me han ofrecido he podido hacer mi sueño una realidad. Tanto mis padres como mis hermanos han estado siempre ahí en lo bueno y en lo malo, ayudándome a superar aquellos momentos difíciles y a hacer más llevadera mi carrera universitaria. Una mención especial a mi padre, que a pesar de que ya no está entre nosotros, estaría muy orgulloso de mí en este día tan importante. Gracias a mi hermano Abdelghafour, por ser para mí el mejor hermano del mundo, por su incansable apoyo y paciencia durante todos estos años. Mi paso por la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla no ha sido sólo una mera formación académica, sino que me ha servido para formarme también a nivel personal, adquiriendo nuevas experiencias y conociendo a gente que hoy en día forman parte de mi vida. Gracias a mis amigos y compañeros de carrera que han hecho más llevaderos todos estos años, tanto en los malos como en los buenos momentos. Por otra parte, agradezco a mi tutor Don Luis Javier Reina Tosina por el apoyo que me ha ofrecido durante meses para la realización de dicho trabajo. Por todo esto y sin todos ellos nunca habría sido posible. Gracias a todos os quiero.

Tarik Chahboune

II

III

Resumen

El presente proyecto de fin de carrera trata de diseñar y simular un mezclador resistivo operando a la frecuencia de 2.4 GHz, cumpliendo este último unas características determinadas.

Para la implementación del mezclador, se utilizó el transistor ATF-54143 fabricado por Avago Technologies, cuyo rango de frecuencia es adecuado para el diseño de nuestro mezclador.

En lo que respecta la obtención de las características que definen el comportamiento del mezclador se ha empleado la herramienta Advanced Design System de Agilent Technologies (actualmente Keysight Technologies), garantizando la validez de los resultados, y la obtención e interpretación de los mismos.

IV

V

Abstract

This project aims to design and simulate a resistive 2.4 GHz frequency mixer that fulfills certain characteristics. The ATF-54143 transistor which frequency range is suitable for our mixer’s design, manufactured by Avago Technologies, was used to implement the mixer. Regarding the characteristics that define the behavior of the mixer, the Advanced Design System tool (Agilent Technologies, now Keysight) was used, ensuring the validity of the results, and also their obtaining and interpretation.

VI

Índice

Agradecimientos…………………………………………………………………………I

Resumen………………………………………………………………………………..III

Abstract………………………………………………………………………………….V

Índice…………………………………………………………………………………...VI

Índice de tablas…………………………………………………………………………IX

Índice de figuras………………………………………………………………………..XI

Notación………………………………………………………………………………XIII

1 Introducción………………………………………………………………………...1 1.1 Motivación………………………………………………………………………..2 1.2 Objetivos………………………………………………………………………….3 1.3 Estructura de la memoria…………………………………………………………4

2 Mezcladores…………………………………………………………………………5 2.1 Consideraciones generales………………………………………………………..6 2.2 Tipos de mezcladores……………………………………………………………..8

2.2.1 Mezcladores con diodo…………………………………………………….8 2.2.1.1 Mezcladores simples con diodo………………………………………...8 2.2.1.2 Mezcladores simplemente balanceados con diodo……………………..9 2.2.1.3 Mezcladores doblemente balanceados con diodo……………………..10

2.2.2 Mezcladores con FET…………………………………………………….11 2.2.2.1 Mezcladores simples con FET………………………………………...12 2.2.2.2 Mezcladores simplemente balanceados con FET……………………..13 2.2.2.3 Mezcladores doblemente balanceados con FET………………………13

2.3 Mezclador resistivo……………………………………………………………...15 3 Materiales………………………………………………………………………….17

3.1 Microstrip………………………………………………………………………..18 3.1.1 Estructura de una línea microstrip………..………………………………18 3.1.2 Líneas microstrip acopladas …………………….……………………….19

3.2 Elección del transistor…………………………………………………………...20 3.3 Software de diseño ADS………………………………………………………...21

3.3.1 Proyectos…………………………………………………………………22 3.3.2 Diseños…………………………………………………………………...22 3.3.3 Simulaciones……………………………………………………………..23 3.3.4 Simulación DC…………………………………………………………...23 3.3.5 Simulación AC…………………………………………………………...24 3.3.6 Parámetros S……………………………………………………………...25

VII

3.3.7 Simulación de balance armónico (HB)…………………………………...26 3.3.8 Simulador de envolvente………………………………………………....27 3.3.9 Parámetros S de gran señal(LSSP)……..………………………………...27 3.3.10 Compresión de la ganancia………...……………………………………..27 3.3.11 Simulación transitoria.……………………………………………………28

4 Diseño del mezclador resistivo……………………………………………………29 4.1 Polarización del transistor……………………………………………………….30 4.2 Selección de la potencia OL……………………………………………………..33 4.3 Fuente de polarización…………………………………………………………..35 4.4 Diseño de filtros…………………………………………………………………38

4.4.1 Filtro RF………………………………………………………………….40 4.4.2 Filtro OL………………………………………………………………….45 4.4.3 Filtro IF…………………………………………………………………...48

4.5 Diseño de adaptadores de impedancia. …………………………………………50 4.5.1 Red de adaptación de RF y OL…………………………………………...51 4.5.2 Adaptador IF……………………………………………………………...54

4.6 Simulación del circuito con la adaptación y los filtros……