Sel 5900 Apresentação

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Apresentação
SEL 369 Micro-ondas/SEL5900 Circuitos de Alta 
Frequência
Amílcar Careli César
Departamento de Engenharia Elétrica da EESC-USP
Atenção!
� Este material didático é planejado 
para servir de apoio às aulas de 
SEL-369 Micro-ondas, oferecida 
aos alunos regularmente 
matriculados no curso de 
engenharia elétrica/eletrônica e 
SEL-5900 Circuitos de Alta 
Frequência, oferecida aos alunos 
regularmente matriculados no 
curso de pós-graduação em 
engenharia elétrica.
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2SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL20/08/2015
Ementa
� Teoria eletromagnética, linhas de transmissão e guias de onda: Equações de 
Maxwell, onda plana, reflexão e transmissão de ondas; modos de propagação, 
propagação de ondas na atmosfera; guia metálico e dielétrico; microfita finline, 
slotline; materiais para substratos; 
� Análise de redes: matrizes impedância, admitância, ABCD, espalhamento; gráfico 
de fluxo de sinais; 
� Circuitos passivos: adaptadores de impedância; acoplador direcional, híbrido, 
Lange, Wilkinson; 
� Síntese de redes passivas e filtros: Frequência complexa; estruturas periódicas, 
características de respostas em frequência; projetos de filtros passa-baixas, passa-
altas, passa-faixa e rejeita-faixa; 
� Amplificadores: características de transistores; ganhos de potência de redes de 
duas portas; estabilidade; ruído; faixa dinâmica e distorção de intermodulação; 
círculos de ganho constante e ruído constante; casamento conjugado simultâneo; 
projetos de amplificadores de ganho máximo, faixa larga, baixo ruído, de potência; 
� Osciladores e misturadores: características, modelos, componentes, configurações, 
projetos;
� Dispositivos semicondutores: características e modelos de transistor bipolar e de 
efeito de campo; diodos varactor, Schottky, túnel e Gunn; 
� Circuitos integrados: híbrido e monolítico.
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Bibliografia
� David M. Pozar, Microwave Engineering, Wiley, 2011, 
ISBN-10: 0470631554, ISBN-13: 978-0470631553.
� Guilhermo Gonzalez, Transistor Amplifiers: Analysis and 
Design, 2ª edição, Prentice Hall, 1996, ISBN-10: 
0132543354, ISBN-13: 978-0132543354. 
� Robert E. Collin, Foundations for Microwave 
Engineering, 2ª edição, Wiley-IEEE Press, 2000, ISBN-
10: 0780360311, ISBN-13: 978-0780360310. 
� David M. Pozar, Microwave and RF Design of Wireless 
Systems, Wiley, 2000, ISBN-10: 0471322822, ISBN-13: 
978-0471322825.2.9.
� Sophocles J. Orfanidis, Electromagnetic Waves and 
Antennas, www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
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Espectro eletromagnético
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Rádio AM Rádio FM Radar IV Visível UV Raio X
Freq. (Hz)
106 108 1010 1014 5.1014 3.1015 1018
λ (mm)
3.105 3.103 30 3.10-3 6.10-4 1.10-4 3.10-7
mega giga tera peta exa
µondas mm óptica
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Faixas de freqüências (IEEE)
1 GHz
corresponde
a 10 9 Hz
Designação Faixa (GHz)
HF 0,003 - 0,03
VHF 0,03 - 0,3
UHF 0,3 - 1,0
banda L 1,0 - 2,0
banda S 2,0 - 4,0
banda C 4,0 - 8,0
banda X 8,0 - 12,0
banda Ku 12,0 - 18,0
banda K 18,0 - 27,0
banda Ka 27,0 - 40,0
milimétrica 40,0 - 300,0
sub-milimétrica > 300,0
Absorção atmosférica
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Fonte: William C. Y. Lee, 
Mobile cellular telecommunications systems,
p. 349, McGraw Hill, N.Y., 1990.Freqüência (GHz)
Atenuação
(dB/km)
2,5 3,0 3,75 5,0 6,0 7,5 10 12 15 20 24 30 40
50
20
10
2
5
1
0,5
0,2
0,05
0,02
0,01
0,005
0,002
0,001
0,1
Vapor de água em 15 g/m3
88% u.r. em 680 F
50% u.r. em 860 F
Oxigênio na atmosfera
(760 mm Hg)
Chuva leve
(1 mm/h)
Chuva moderada
(4 mm/h)
Chuva forte
(15 mm/h)
Tempestade 
(100 mm/h)
APLICAÇÕES
20/08/2015 9SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
Globalstar: as freqüências
� Freqüências
– usuário para satélite 
• 1610-1626.5 MHz 
– satélite para usuário
• 2483.5-2500 MHz 
– gateway para satélite
• 5091-5250 MHz
– satélite para gateway
• 6875-7055 MHz
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 10
diversidade
de caminhos http://www.globalstar.com
Dispositivos 
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 11
www.diton.com
1 a 40 GHz
Isoladores
http://www.atmmicrowave.com
Dispositivos em guias antenas
http://www.alandick.co.uk
celular
Redes de dados via microondas
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 12
Faixa de freqüências: 1,3 a 58 GHz
Capacidade: 64 kb/s a 155 Mb/s
Tipos: Ethernet / Token Ring e ATM
voz, vídeo e dados http://www.pathfinder-radio.com
23 e 38 GHz
1x2Mbs to 34Mbps
12 km
155Mb/s SDH
18, 23 e 26GHz
100km; 1.4GHz; 64kb/s a 1024kb/s2 a 16 Mb/s
Freqüência
(GHz)
Distância
Máxima (km)
1,2 50
1,5 50
2,4 20
3,5 20
6,0 20
8-13 50
17-18 40
22-23 15
31 10
58 1,6
Óptico: 100, 200, 500, 1000 m
Microondas na indústria
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 13
Potência de saída: 6 a 75 kW continuous wave
Freqüências : 902 - 928 MHz ou 883 - 909 MHz 
Características elétricas: 436 - 508 Vac, 50/60 Hz, 3
Potência de entrada: 93 kW máximo para 75 kW de saída. http://www.ferriteinc.com
Aplicação: cozimento
Combinação: ar quente/microondas/infravermelho 
Microondas: aquecimento interno
Ar quente/infravermelho: dourar/queimar
Vantagens
Elimina o efeito redução
(mantém 75% do tamanho original)
Cozimento uniforme
Rapidez
Elimina bactérias
Processamento
de alimentos
Válvulas para microondas 
� Dispositivos para uso até 
1 GHz
– triodos; tetrodos; 
pentodos
– fatores limitantes
• capacitância entre os 
eletrodos
� Dispositivos para uso 
acima de 1 GHz
– Klystron; TWT; Magnetron; 
Gyrotrons
– potências desde centenas 
de mW até MW
– freqüências até 100 GHz
SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 14
Klystron Varian
modelo VKB 2445 SERIES
93 - 96 GHz
Desempenho elétrico típico
· freqüência central 93.8 GHz
· potência de saída (pico) 1.4 kW
· ciclo de trabalho 0.5%
· sintonia eltrônica (-3dB) 200 MHz
· faixa de sintonia mecânica ± 1 GHz
· largura de pulso até 20 ms
· tensão no cátodo 20.3 kV
· corrente de cátodo (pico) 690 mA
· tensão de grade (pulsada) 3.1 kV
Aplicação
Radar banda-W
guia WR-10
(2.54 x 1.27 mm)
20/08/2015
COMPONENTES BÁSICOS
Componentes discretos
Linhas de transmissão
20/08/2015 15SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
Componentes básicos
SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 16
� Resistor
– filme metálico sobre 
substrato de alumina ou 
Berílio
– reatância parasita 
reduzida até 2 GHz
� Capacitor
– filme metalizado sobre 
polistireno
– teflon
– policarbonato
� Indutor
– planar ou fio
L LR
C
L R
C
Rs
L
Cd
Rs
20/08/2015
Tipos de condutores (guias)
SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
metálico retangular coaxial
linha de fita microfita
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Da linha de 2 fios à microfita
SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
1 2
34
1820/08/2015
Faixa de operação de algumas linhas
SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
K Ka U E F G JKuL,S,C,X
12 18 26 30 40 60 90 220 30014010
Q WV D Y
33 11050 75 170 260
Ondas milimétricasOndas milimétricasMicroondasMicroondas
Stripline Stripline 
Slotlines, coplanarSlotlines, coplanar
Guia de onda retangularGuia de onda retangular
MicrofitaMicrofita
Microfita invertidaMicrofita invertida
Microfita e stripline suspensasMicrofita e stripline suspensas
Fin linesFin lines
Guias dielétricos integradosGuias dielétricos integrados
Guias corrugadosGuias corrugados
Fonte: B. Bhat e S. K. Koul, Analysis, design and applications of fin lines, Norwood: Artech House, p. 43, 1987
Freqüência (GHz)
1920/08/2015
ANÁLISE DE CIRCUITOS EM 
MICROONDAS
20/08/2015 20SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
Análise de circuitos emaltas freqüências
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 21
Rede de
2 portas
a1 a2
b1 b2
Onda
incidente
Onda
refletida












=





2
1
2221
1211
2
1
a
a
ss
ss
b
b
Matriz espalhamento
Diagrama de blocos de amplificador de microondas
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 22
Fonte 
Rede de
casamento 
de
impedâncias
de entrada 
Rede de
casamento 
de
impedâncias
de saída 
Carga Transistor 
ZS ZL S22
transistor em
emissor comum
Rede de
2 portas
a1
b1
a2
b2
CIRCUITOS INTEGRADOS
Classificação
Aplicações
Circuitos
20/08/2015 23SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL
Classificação dos circuitos
�Discreto
– componentes fabricados separadamente e 
interligados
�Integrado
– chip de monocristal (cristal único)
– contém elementos ativos e passivos
– 50 x 50 mils (1 mil equivale a 10-3 polegadas)
�Circuito integrado monolítico de microondas 
(MMIC)
– híbrido ou monolítico
20/08/2015 SEL 369/SEL5900 Apresentação USP EESC SEL 24