| Popis: |
Resumen Este artículo presenta una técnica para mejorar el proceso de diseño industrial de transistores de microondas, basado en un diseño de experimentos mejorado (DOE) y un modelado electrotérmico (MET) expandido. El diseño de experimentos DOE permitió centrar el diseño a través de variaciones en parámetros específicos, para evitar complejas simulaciones electromagnéticas de acoplamiento mutuo entre los cables dentro del mismo transistor, que generalmente en herramientas CAD convencionales presentan un elevado costo computacional. El modelo electrotérmico mejorado utilizando la técnica de voltajes efectivos posibilitó predecir no solo el autocalentamiento, sino también las impedancias apropiadas para la máxima potencia de salida y la máxima eficiencia del transistor. De esta manera fue posible elegir las condiciones de operación que garantizaran un reducido autocalentamiento, así como las mejores condiciones de potencia, eficiencia y linealidad. Las técnicas presentadas son útiles para la implementación de amplificadores de potencia en los futuros sistemas de comunicación inalámbricos, ya que deben trabajar con potencias elevadas que producen autocalentamiento y con señales de gran ancho de banda. La combinación de ambas técnicas permite la reducción de diseño y tiempo de producción en el ámbito industrial. El diseño de experimento mejorado posibilitó centrar el diseño del transistor para asegurar la obtención de los mejores desempeños del transistor. La caracterización térmica facilitó que el transistor de microondas, implementado en un circuito impreso de potencia, funcionara por debajo de la temperatura máxima permitida, lo que garantiza su vida útil y, en consecuencia, la confiabilidad del sistema de transmisión completo. Abstract This paper presents a technique to improve the design process of microwave transistors based on two aspects: an improved design of experiment test (DOE), and an electro-thermal enhanced model (MET). The DOE test allowed us to center the design through variations in specific parameters, avoiding complex electromagnetic simulations of mutual coupling between the wires inside the transistor, which generally, in conventional CAD tools present a high computational cost. The electro-thermal model, enhanced by using the effective voltage approach, allowed us to predict not only the self-heating phenomena, but also the appropriate impedances for transistor´s maximum output power and maximum efficiency. In this way it was possible to select the operating conditions which can warrant low self-heating and the best trade-off between power, efficiency and linearity. The presented techniques are specifically important for the implementation of power amplifiers for the future wireless communication systems which must be designed to operate with broad band signals. The combination of our proposed techniques can allow the reduction of the design time and associated costs at industrial level. The improved design of experiment permitted to center the design of the transistor, making sure that the designer can get the best performances of the transistor. The thermal characterization allows to make sure that the microwave transistor operates below the maximum allowed temperature in a built power amplifier, which warrants the reliability of the system. Resumo Este artigo apresenta uma técnica para melhorar o processo de desenho industrial de transistores de micro-ondas baseado em dois pilares: um desenho de experimentos melhorado (DOE); e um modelado eletro-térmico (MET) expandido. O desenho de experimentos DOE permitiu centrar o desenho através de variações em parâmetros específicos, evitando complexas simulações eletromagnéticas de acoplamento mútuo entre os cabos dentro do mesmo transistor, que geralmente em ferramentas CAD convencionais apresentam um elevado custo computacional. O modelo eletro-térmico melhorado utilizando a técnica de voltagens efetivas permitiu predizer não só o auto-aquecimento, mas também as impedâncias apropriadas para a máxima potência de saída e a máxima eficiência a nível de transistor. Desta maneira foi possível escolher as condições de operação que garantem um reduzido auto-aquecimento e as melhores condições de potência eficiência e linearidade. As técnicas apresentadas são úteis para a implementação de amplificadores de potência nos futuros sistemas de comunicação sem fio já que devem trabalhar com potências elevadas que produzem auto-aquecimento e com sinais de grande largura de banda. A combinação de ambas as técnicas permite a redução de desenho e tempo de produção a nível industrial. O desenho de experimento melhorado permitiu centrar o desenho do transistor assegurando que se obtenham as melhores performances que o transistor é capaz de entregar. A caracterização térmica permitiu assegurar que o transistor de micro-ondas, implementado em um circuito impresso de potência, funcione por baixo da temperatura máxima permitida, o que garante sua vida útil e em consequência a confiabilidade do sistema de transmissão completo. |
