%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/12.19.16.48
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/12.19.16.48.24
%T Geração de RF de alta potência baseado em linhas de transmissão não lineares para sistemas pulsados em satélites
%J High power RF generation based on nonlinear transmission lines for satellite pulsed systems
%D 2020
%8 2019-12-16
%9 Dissertação (Mestrado em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais)
%P 133
%A Raimundi, Lucas dos Reis,
%E Santos, Walter Abrahão dos (presidente),
%E Rossi, José Osvaldo (orientador),
%E Rangel, Elizete Gonçalves Lopes (orientadora),
%E Irita, Ricardo Toshiyuki,
%E Silva Neto, Lauro Paulo da,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K linhas de transmissão não lineares, diodos schottky, carbeto de silício, geração de radiofrequências, satélite, nonlinear transmission lines, schottky diodes, silicon carbide, radiofrequency generation, satellites.
%X Linhas de Transmissão Não Lineares (LTNLs) têm sido estudadas nos últimos anos para gerar sinais de radiofrequência de alta potência. Basicamente, duas configurações principais de LTNLs podem ser consideradas. A primeira configuração diz respeito a uma linha contínua não dispersiva, conhecida como linha giromagnética, que consiste em uma linha de transmissão coaxial carregada com núcleos magnéticos baseados em ferrita. A segunda configuração está relacionada a uma linha dispersiva agrupada, composta por uma rede de seções LC com componentes não lineares, onde sua operação é dada com base no comportamento não linear dos componentes da seção LC, capacitores ou indutores, em função da tensão ou corrente aplicada, respectivamente, bem como nas propriedades dispersivas da linha, geradas pela configuração periódica dos elementos LC. No entanto, considerando sinais de alta potência, a aplicação desses dispositivos usando capacitores de cerâmica não lineares como linhas capacitivas é restrita a frequências em torno de 100 MHz, uma vez que, em altas tensões, impedâncias parasitas na estrutura da linha limitam a frequência máxima de operação, bem como o valor alto de saturação da capacitância desses componentes. Por outro lado, o uso de diodos de capacitância variável tem permitido a operação das LTNLs em frequências mais altas, uma vez que estes apresentam capacitâncias de saturação menores. Este trabalho de dissertação apresenta os resultados do estudo de LTNLs capacitivas dispersivas, para geração de radiofrequência, com base em diodos Schottky de carbeto de silício, com o objetivo de verificar a capacidade destas linhas em gerar radiofrequências na faixa de UHF. O princípio de operação das referidas linhas e sua teoria são apresentados. Inicialmente, a variação da capacitância dos diodos em função da tensão é modelada. Cinco protótipos de LTNLs capacitivas foram implementados experimentalmente e os resultados foram comparados com simulações Spice no domínio do tempo e da frequência. A extração do sinal de radiofrequência de saída foi realizada através da utilização de circuitos casadores de impedância, conectando as LTNLs a antenas do tipo corneta, permitindo a irradiação da onda eletromagnética gerada pelos protótipos. Foram gerados sinais de RF de alta tensão com frequências entre 180 e 280 MHz. Considerando a utilização de diodos Schottky de carbeto de silício, estes resultados são inéditos na literatura. Parâmetros de tensão e potência dos sinais de saída são analisados e todos os resultados discutidos. As perdas associadas às impedâncias parasitas presentes no layout das linhas foram um fator limitante na geração de frequências maiores, bem como a variação dos parâmetros dos diodos utilizados. Entretanto, dadas as frequências geradas, observa-se que a utilização dos diodos Schottky de carbeto de silício são uma boa opção para a geração de radiofrequências em alta tensão, na faixa de UHF. Os resultados obtidos confirmam que as LTNLs capacitivas são uma alternativa compacta e de baixa complexidade na geração de RF para aplicações em sistemas de comunicação 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf