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DISEÑO EN TECNOLOGÍA GaN DE LA ETAPA DE POTENCIA DE UN TRANSMISOR PARA
EL SISTEMA DE NAVEGACIÓN AÉREA ADS-B
Tutores: Aleix López Antón
Carlos Monzo Sánchez
Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
Autor: Emilio Torres Armas
Fecha: Enero 2020
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
• Sistemas de Navegación Aérea
• Amplificadores de Potencia
• Nitruro de Galio
• Objetivo
• Diseño de la etapa de potencia
• Conclusiones y líneas futuras
Índice
1
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Sistemas de Navegación Aérea
2
Sistemas CNS (Communications, Navegation y Surveillance)
N
C
S
- Comunicaciones de Voz
- Comunicaciones de Datos
- Radiofaro no direccional (NDB)
- Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR)
- Equipo medidor de distancia (DME)
- Sistema de aterrizaje instrumental (ILS)
- Radar primario
- Radar secundario
- Automatic Dependent Surveillance (ADS)
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Amplificadores de Potencia
3
Eficiencia Teórica:
- Clase A ≈ 25 %
- Clase B ≈ 78,5 %
- Clase C ≈ 100 %
- Clase AB> 25 %
< 78,5 %
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Nitruro de Galio
4
GaN
Banda Prohibida → Tensión
Velocidad de Saturación → Corriente
Densidades de Potencia
Pequeño Tamaño
- Ancho de banda- Eficiencia- Potencia- Ganancia- Temperatura
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Objetivo
5
• Realizar el diseño de la etapa de potencia del transmisor delsistema de vigilancia ADS-B embarcado en las aeronaves
- Especificaciones
- Software Advanced Design Systems (ADS) de Keysight
Technologies
- Transistores GaN de la Foundry Cree
Parámetros ADS-B Valores
Frecuencia 1090 MHz
Potencia 125 W (≈51 dBm)
Ganancia 12-15 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
6
Polarización del transistor
VDS = 24 VVGS = -2 V
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Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
7
Estabilidad del transistor
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Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
8
Punto de Compresión a 1 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
9
Load/Source Pull
Zsource = 3.582 – j*0.870 Ω
Zload = 4.885 – j*1.218 Ω
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Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
10
Load/Source Pull
Parámetros Valores
PAE 67,10 %
Potencia de Salida 49,62 dBm
Ganancia 19,64 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
11
Amplificador con redes LC
Parámetros Valores
PAE 78,23 %
Potencia de Salida 52,62 dBm
Ganancia 20,62 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
12
Amplificador con redes LC
Parámetros Valores
PAE 72,4 %
Potencia de Salida 51,9 dBm
Ganancia 20,5 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
13
Amplificador con líneas de transmisión ideales
Parámetros Valores
PAE 68,76 %
Potencia de Salida 52,16 dBm
Ganancia 18,03 dB
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Trabajo Final de Máster
Diseño de la etapa de potencia
14
Amplificador con líneas de transmisión reales – Sustrato de teflón
Parámetros Valores
PAE 58,62 %
Potencia de Salida 51,13 dBm
Ganancia 16,69 dB
Diseño en tecnología GaN de la etapa de potencia de un transmisor para el sistema de navegación aérea ADS-B
Trabajo Final de Máster
Conclusiones y Líneas Futuras
15
Parámetros ADS-B RequisitosAmplificador
redes LC
Amplificador
Líneas de Tx
Frecuencia (MHz) 1090 MHz 1090 MHz 1090 MHz
PAE (%) ── 72.47 58.62
Potencia de salida
(dBm)51 51.89 51.13
Ganancia (dB) 12-15 20.48 16.69
Líneas Futuras:
- Diseñar el amplificador en una
PCB y realizar medidas de los
principales parámetros del
amplificador.
- Realizar el diseño de los otros
dos elementos del transmisor
de ADS-B en tecnología GaN.
DISEÑO EN TECNOLOGÍA GaN DE LA ETAPA DE POTENCIA DE UN TRANSMISOR PARA
EL SISTEMA DE NAVEGACIÓN AÉREA ADS-B
Tutores: Aleix López Antón
Carlos Monzo Sánchez
Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
Autor: Emilio Torres Armas
Fecha: Enero 2020