@MastersThesis{Raimundi:2020:GeRFAl,
author = "Raimundi, Lucas dos Reis",
title = "Gera{\c{c}}{\~a}o de RF de alta pot{\^e}ncia baseado em linhas
de transmiss{\~a}o n{\~a}o lineares para sistemas pulsados em
sat{\'e}lites",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2020",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-12-16",
keywords = "linhas de transmiss{\~a}o n{\~a}o lineares, diodos schottky,
carbeto de sil{\'{\i}}cio, gera{\c{c}}{\~a}o de
radiofrequ{\^e}ncias, sat{\'e}lite, nonlinear transmission
lines, schottky diodes, silicon carbide, radiofrequency
generation, satellites.",
abstract = "Linhas de Transmiss{\~a}o N{\~a}o Lineares (LTNLs) t{\^e}m sido
estudadas nos {\'u}ltimos anos para gerar sinais de
radiofrequ{\^e}ncia de alta pot{\^e}ncia. Basicamente, duas
configura{\c{c}}{\~o}es principais de LTNLs podem ser
consideradas. A primeira configura{\c{c}}{\~a}o diz respeito a
uma linha cont{\'{\i}}nua n{\~a}o dispersiva, conhecida como
linha giromagn{\'e}tica, que consiste em uma linha de
transmiss{\~a}o coaxial carregada com n{\'u}cleos
magn{\'e}ticos baseados em ferrita. A segunda
configura{\c{c}}{\~a}o est{\'a} relacionada a uma linha
dispersiva agrupada, composta por uma rede de se{\c{c}}{\~o}es
LC com componentes n{\~a}o lineares, onde sua
opera{\c{c}}{\~a}o {\'e} dada com base no comportamento
n{\~a}o linear dos componentes da se{\c{c}}{\~a}o LC,
capacitores ou indutores, em fun{\c{c}}{\~a}o da tens{\~a}o ou
corrente aplicada, respectivamente, bem como nas propriedades
dispersivas da linha, geradas pela configura{\c{c}}{\~a}o
peri{\'o}dica dos elementos LC. No entanto, considerando sinais
de alta pot{\^e}ncia, a aplica{\c{c}}{\~a}o desses dispositivos
usando capacitores de cer{\^a}mica n{\~a}o lineares como linhas
capacitivas {\'e} restrita a frequ{\^e}ncias em torno de 100
MHz, uma vez que, em altas tens{\~o}es, imped{\^a}ncias
parasitas na estrutura da linha limitam a frequ{\^e}ncia
m{\'a}xima de opera{\c{c}}{\~a}o, bem como o valor alto de
satura{\c{c}}{\~a}o da capacit{\^a}ncia desses componentes. Por
outro lado, o uso de diodos de capacit{\^a}ncia vari{\'a}vel tem
permitido a opera{\c{c}}{\~a}o das LTNLs em frequ{\^e}ncias
mais altas, uma vez que estes apresentam capacit{\^a}ncias de
satura{\c{c}}{\~a}o menores. Este trabalho de
disserta{\c{c}}{\~a}o apresenta os resultados do estudo de LTNLs
capacitivas dispersivas, para gera{\c{c}}{\~a}o de
radiofrequ{\^e}ncia, com base em diodos Schottky de carbeto de
sil{\'{\i}}cio, com o objetivo de verificar a capacidade destas
linhas em gerar radiofrequ{\^e}ncias na faixa de UHF. O
princ{\'{\i}}pio de opera{\c{c}}{\~a}o das referidas linhas e
sua teoria s{\~a}o apresentados. Inicialmente, a
varia{\c{c}}{\~a}o da capacit{\^a}ncia dos diodos em
fun{\c{c}}{\~a}o da tens{\~a}o {\'e} modelada. Cinco
prot{\'o}tipos de LTNLs capacitivas foram implementados
experimentalmente e os resultados foram comparados com
simula{\c{c}}{\~o}es Spice no dom{\'{\i}}nio do tempo e da
frequ{\^e}ncia. A extra{\c{c}}{\~a}o do sinal de
radiofrequ{\^e}ncia de sa{\'{\i}}da foi realizada atrav{\'e}s
da utiliza{\c{c}}{\~a}o de circuitos casadores de
imped{\^a}ncia, conectando as LTNLs a antenas do tipo corneta,
permitindo a irradia{\c{c}}{\~a}o da onda eletromagn{\'e}tica
gerada pelos prot{\'o}tipos. Foram gerados sinais de RF de alta
tens{\~a}o com frequ{\^e}ncias entre 180 e 280 MHz. Considerando
a utiliza{\c{c}}{\~a}o de diodos Schottky de carbeto de
sil{\'{\i}}cio, estes resultados s{\~a}o in{\'e}ditos na
literatura. Par{\^a}metros de tens{\~a}o e pot{\^e}ncia dos
sinais de sa{\'{\i}}da s{\~a}o analisados e todos os resultados
discutidos. As perdas associadas {\`a}s imped{\^a}ncias
parasitas presentes no layout das linhas foram um fator limitante
na gera{\c{c}}{\~a}o de frequ{\^e}ncias maiores, bem como a
varia{\c{c}}{\~a}o dos par{\^a}metros dos diodos utilizados.
Entretanto, dadas as frequ{\^e}ncias geradas, observa-se que a
utiliza{\c{c}}{\~a}o dos diodos Schottky de carbeto de
sil{\'{\i}}cio s{\~a}o uma boa op{\c{c}}{\~a}o para a
gera{\c{c}}{\~a}o de radiofrequ{\^e}ncias em alta tens{\~a}o,
na faixa de UHF. Os resultados obtidos confirmam que as LTNLs
capacitivas s{\~a}o uma alternativa compacta e de baixa
complexidade na gera{\c{c}}{\~a}o de RF para
aplica{\c{c}}{\~o}es em sistemas de comunica{\c{c}}{\~a}o
pulsados. ABSTRACT: Nonlinear Transmission Lines (NLTLs) have been
studied in recent years to generate high power radiofrequency
signals. Basically, two major configurations of NLTLs can be
considered. The first configuration concerns a non-dispersive
continuous line, known as a gyromagnetic line, which consists of a
coaxial transmission line loaded with ferrite-based magnetic
cores. The second configuration is related to a grouped dispersive
line, composed by a network of LC sections with nonlinear
components. Their operation is based on the nonlinear behavior of
the LC section components, capacitors or inductors, as a function
of the applied voltage or current, respectively, as well as the
dispersive properties of the line, generated by the periodic
configuration of the LC elements. However, considering high power
signals, the application of these devices using nonlinear ceramic
capacitors as capacitive lines is restricted to frequencies around
100 MHz, since at high voltages, parasitic impedances in the line
structure limit the maximum frequency operation as well as the
high capacitance saturation value of these components. On the
other hand, the use of variable capacitance diodes has allowed
NLTLs to operate at higher frequencies, since they have lower
saturation capacitances. This dissertation presents the results of
the study of dispersive capacitive NLTLs for radiofrequency
generation, based on Schottky silicon carbide diodes, with the
objective of verifying the capacity of these lines to generate
radiofrequencies in the UHF band. The operating principle of these
lines and their theory are presented. Initially, the variation of
the diode capacitance as a function of the voltage is modeled.
Five capacitive LTNLs prototypes were experimentally implemented
and their results compared with Spice simulations in time and
frequency domains. The extraction of the radiofrequency output
signal was performed through the use of impedance matching
circuits, connecting the LTNLs to horn antennas, allowing the
radiation of the electromagnetic wave generated by the prototypes.
High voltage RF signals were generated with frequencies between
180 and 280 MHz. Considering the use of silicon carbide Schottky
diodes, these results are unpublished in the literature. Voltage
and power parameters of the output signals are analyzed, and all
results discussed. The losses associated with the parasitic
impedances present in the line layout were a limiting factor in
the generation of higher frequencies, as well as the variation of
the diode parameters used. However, given the generated
frequencies, it is observed that the use of silicon carbide
Schottky diodes is a good choice for the generation of high
voltage radiofrequencies in the UHF range. The results confirm
that capacitive LTNLs are a compact and low complexity alternative
in RF generation for applications in pulsed communication
systems.",
committee = "Santos, Walter Abrah{\~a}o dos (presidente) and Rossi, Jos{\'e}
Osvaldo (orientador) and Rangel, Elizete Gon{\c{c}}alves Lopes
(orientadora) and Irita, Ricardo Toshiyuki and Silva Neto, Lauro
Paulo da",
englishtitle = "High power RF generation based on nonlinear transmission lines for
satellite pulsed systems",
language = "pt",
pages = "133",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3UK2JS2",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3UK2JS2",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "2024, Apr. 19"
}