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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

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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

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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

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

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

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

10

Load/Source Pull

Parámetros Valores

PAE 67,10 %

Potencia de Salida 49,62 dBm

Ganancia 19,64 dB

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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

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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