Diseño de un amplificador MMIC distribuido de bajo ruido en la banda 210MHz-12GHz

Nowadays the use of UWB (Ultra Wide-Band) components is increasing in telecommunication systems, a great deal of designers use them so as to simplify the global system. A low noise amplifier MMIC on GaAs for 210MHz-12GHz applications is presented. The MMIC LNA provides a 20dBm 1dB compression point meanwhile it maintains a noise figure of less than 4dB. On the other hand it achieves a small signal gain of 20dB among the bandwidth. The design process and simulations are shown in this paper. I. INTRODUCCIÓN Cada día se pueden ver más sistemas capaces de operar en bandas diferentes, bien sea por protocolos típicos de seguridad, por aprovechar de forma óptima el espectro disponible o por comodidad a la hora de seleccionar los componentes necesarios del diseño; por ello cada vez es más común emplear en el diseño sistemas de comunicación de Banda-Ultraancha (UWB). Inicialmente, el planteamiento de un proyecto UWB con requisitos característicos de alta potencia o bajo ruido requería de la utilización de componentes optimizados para cada banda, lo que exige que cada elemento sea diseñado y fabricado en exclusividad, elevando considerablemente el coste total del sistema. Para evitar esto, las investigaciones de los últimos años plantean la opción de componentes UWB que abarquen el ancho de banda del sistema completo de alta potencia y/o bajo ruido, dejando que sean los diferentes filtros de cada banda los encargados de conformar la señal. Este puede ser un caso típico de los sistemas de comunicaciones por satélite, donde se necesitan características muy específicas que abarquen el ancho de banda de cada transpondedor, que aunque cada uno opere en una región del espectro limitada, el ancho de banda global abarca varios GHz. Por otro lado, sistemas como los RADAR transmiten una señal en un ancho de banda muy estrecho pero la señal recibida en el receptor se ve ensanchada, con lo que también es un sistema dependiente de componentes UWB. Es un hecho que el mercado de los sistemas de BandaUltraancha ha continuado creciendo en los últimos años. En base a esto se planteó el diseño de un amplificador que cubriese una banda desde los 210MHz hasta los 12GHz con especificaciones de una figura de ruido moderada y alta potencia de salida, adecuado para varios sistemas de comunicaciones ya descritos. Con estos requerimientos de diseño, el mejor modelo que cubre nuestras necesidades es el de un amplificador distribuido en tecnología monolítica de GaAs, en concreto se va a emplear la tecnología ED02AH de OMMIC. Al implementar el diseño en monolítico se incrementa el grado de complejidad del diseño, ya que es necesario prever y asegurar el comportamiento óptimo del circuito antes de la fabricación aunque por el contrario, es la tecnología idónea para los sistemas de comunicaciones a los que está planteado debido al ahorro en el coste final. II. AMPLIFICADOR DISTRIBUIDO Un amplificador distribuido convencional de cuatro etapas responde a la topología mostrada en la Fig. 1, donde se pretende combinar las transconductancias de los elementos activos sin sufrir las restricciones impuestas por las capacidades parásitas internas del transistor [1]. Para ello se unen éstos por medio de autoinducciones a las líneas de puerta y drenador que junto a las capacidades forman líneas de transmisión artificiales y de esta forma se consiguen grandes anchos de banda hasta altas frecuencias. Idealmente la señal de entrada se distribuye por la línea de puerta y se inyecta homogéneamente en la puerta de los transistores para, una vez amplificada, sumarse en fase en la línea de drenador aumentando la ganancia por la adición de cada etapa. Por otro lado, la parte de señal no sumada en fase en drenador o no inyectada en la puerta de los transistores es absorbida por las resistencias de carga situadas en el extremo de ambas líneas, previniendo la reflexión de la señal y con ello que se sume destructivamente a nuestra señal de salida.