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Metadata

%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m19/2013/04.23.19.30
%2 sid.inpe.br/mtc-m19/2013/04.23.19.30.13
%T Geração de radio frequência para aplicações aeroespaciais usando linhas de transmissão não lineares
%J Radio frequency generation for aerospace applications using nonlinear transmission lines
%D 2013
%8 2013-02-27
%9 Dissertação (Mestrado em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais)
%P 126
%A Yamasaki, Fernanda Sayuri,
%@affiliation Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%E Nono, Maria do Carmo de Andrade (presidente),
%E Rossi, José Osvaldo (orientador),
%E Castro, Joaquim José Barroso (orientador),
%E Coutinho, Olympio Lucchini,
%E Angelis, André Franceschi de,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K diodo varactor, capacitor não linear, indutor saturado, linha híbrida, geração de RF, sóliton, varactor diode, nonlinear capacitor, saturated inductor, hybrid line, RF generation, sóliton.
%X Com o objetivo de trocar tubos eletrônicos utilizados para a geração de radiofrequência na comunicação de satélites por um sistema mais compacto, esta dissertação apresenta, o uso de Linhas de Transmissão Não Lineares (LTNLs) com configurações diversificadas para verificar qual delas satisfaz as especificações necessárias, utilizou-se como componentes não lineares: diodos varicaps, capacitores modelados não linearmente e/ou indutores modelados não linearmente. Com o objetivo de melhor quantificar os pulsos, a profundidade de modulação da tensão (VMD) e também se analisou a frequência dos pulsos. As análises do comportamento da LTNL em questão implicam modificações para obter os valores ótimos do gerador, assim como os parâmetros dos componentes utilizados, através de análises experimentais e também de simulações (os circuitos ideais, sem perdas ôhmicas, e reais, com perdas ôhmicas), para as quais se utilizaram os aplicativos elétricos, gráficos e matemáticos: Circuit Maker e LT-SPICE. Verificou-se uma maior versatilidade do aplicativo elétrico LT-SPICE em relação ao Circuit Maker, porque o primeiro permite que os componentes L e C sejam modelados de forma não linear, de acordo com os cálculos efetuados, enquanto o segundo possui restrição neste aspecto. Ao decorrer do desenvolvimento desta pesquisa, verificou-se também a influência direta da quantidade de seções contidas no circuito, em relação ao número de oscilações produzidas. Todas as simulações e testes experimentais tiveram seus resultados confirmados através de equacionamentos encontrados na literatura, verificando assim sua concordância. Em particular, para a comprovação destes resultados nesta dissertação foi descrito uma Linha de Transmissão Não Linear (LTNL) capacitiva de baixa potência com diodos varicaps (1,5 mW de potência de pico) para gerar RF da ordem de 40 MHz com VMD de aproximadamente 2,44 V, utilizando os aplicativos LT-SPICE e Circuit Maker. Por outro lado, para testar a técnica SPICE em alta potência, utilizou- se apenas o LT (por causa da limitação do Circuit Maker) para simular uma LTNL capacitiva de 30 MHz / 3 kW descrita na literatura. Em suma, as principais contribuições desta pesquisa foram: a demonstração dos principais parâmetros que influenciam no sinal de saída da LTNL, como por exemplo, o número de seções, o descasamento da resistência de carga, o tempo de subida do sinal de entrada em relação ao tempo de redução de pulso e o coeficiente de não linearidade do diodo. Também se verificou a concordância das equações encontradas na literatura com a análise do gráfico, e a inviabilidade de se utilizar diodos varactores quando altas tensões são aplicadas, optando-se assim por capacitores cerâmicos. E, finalmente, em relação às ferramentas elétricas utilizadas, verificou-se que o Circuit Maker é limitado quando comparado ao LT-SPICE. ABSTRACT: To replace electronic tubes used nowadays to generate radio frequency satellite communication in compact space vehicle systems, this work presents an alternative method, the use of Nonlinear Transmission Lines (NLTL) with diversified configurations to determine which of them satisfies the required specifications, being made of nonlinear components: varicap diodes, capacitors modeled nonlinearly and / or inductors modeled nonlinearly. To better quantify the oscillatory pulses, the Voltage Modulation Depth (VMD) and the pulse frequency were also analyzed. The circuit analysis in question implies modifications to obtain the optimal generator performance as well as the parameters of the components used, through experimental analyses and simulations (ideal circuits, without ohmic losses and real, with ohmic losses) by means of SPICE softwares Circuit Maker and LT-SPICE. It was also observed greater versatility of the software LT-SPICE compared to Circuit Maker, because the first one allows the L and C components to be modeled nonlinearly, according to calculations made, while the second one has restriction with this respect. It was also verified the direct influence of the number of circuit sections on the cycle number of oscillations generated. All simulations and experimental tests were confirmed using equations found in the literature, to verify the models validity for confirming these results. In this work has been described a prototype of a capacitive NLTL of low power with varicaps (1.5 mW peak power) to generate RF of the order of 40 MHz with a VMD of approximately 2.44 V using both simulators (LT-SPICE and Circuit Maker). Moreover, to test the SPICE technique at high power operation, was used only the LT-SPICE (because of the Circuit Maker limitation) to simulate a capacitive NLTL 30 MHz / 3 kW described herein. Finally, the main contribution of this work was to demonstrate the feasibility of the LT-SPICE software in the NLTL design and simulation for space applications. In summary, the major contribution of this study were: demonstration of the main parameters that influence the NLTL´s output signal, for example, the number of sections, the mismatching of load resistance, the rise time of the input signal relative the reduction time pulse and the coefficient of non-linearity of the diode. There was also a correlation equations found in the literature examining the chart, and the impossibility of using varactors diodes when high voltages are applied, thus opting for ceramic capacitors. Finally, with respect to electrical tools used, it was found that the Circuit Maker is limited when compared to LT-SPICE.
%@language pt
%3 publicacao.pdf


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