Amplificador de baixo ruído para recetor de satélites LEO

Abstract

A próxima geração de comunicações é concebida como uma plataforma flexível, eficiente e repleta de recursos avançados que irão formar as aplicações futuras e novas oportunidades de negócios. As novas aplicações dependerão principalmente da conectividade com uma nova rede de acesso de rádio que fornece alta largura de banda, confiabilidade e baixa latência. Os satélites GEO têm sido maioritariamente utilizados para comunicações via satélite. No entanto, o mercado já caminha para uma geração de novas constelações de satélites LEO e MEO. Uma vez que esses satélites ocupam órbitas menores do que GEO, a complexidade dos sistemas e seus custos inerentes podem ser reduzidos. Ao mesmo tempo, as taxas de transmissão de dados, assim como a latência, podem ser melhoradas. Todos os satélites comunicam com uma estação terrestre através de ondas eletromagnéticas por meio de frontends de Rádio Frequência (RF). Na conceção de frontends de RF é fundamental maximizar a sensibilidade de todo o sistema na receção. Neste sentido, o objetivo desta dissertação é desenvolver um amplificador de baixo ruído que opere, na banda K, entre os 17.7 e os 20.2 GHz. Inicialmente, foi testado o comportamento de alguns componentes como conectores, transístores e condensadores, quando usados em tecnologia microstrip. De seguida, projetaram-se dois amplificadores, um de apenas um andar e um com dois andares. Os resultados simulados mostraram-se bastante promissores. Todavia, ambos os amplificadores apresentaram resultados experimentais aquém dos obtidos por simulação. Todas as simulações foram realizadas usando o software Advanced Design System 2020.

The next generation of communications is conceived as a flexible, efficient and feature-rich platform that will shape future applications and new business opportunities. The new applications will depend primarily on connectivity with a new radio access network that provides high bandwidth, reliability and low latency. GEO satellites have been mostly used for satellite communications. However, the market is already moving towards a generation of new constellations of LEO and MEO satellites. Since those satellites have smaller orbits than GEO, the complexity of the systems and their inherent costs can be reduced. Simultaneously, data transmission rates, as well as latency, can be improved. Every satellite communicates with a base station through electromagnetic waves using Radio Frequency (RF) front ends. When designing RF front ends,it is crucial to optimize the sensitivity of the whole system in the reception. Therefore, the objective of this dissertation is to develop a low noise amplifier that operates, in the K band, between 17.7 and 20.2 GHz. Initially, the performance of some components such as connectors, transistors and capacitors was tested, when used in microstrip technology. Following this, two amplifiers were designed, one with a single stage and one with two stages. The simulated results were very positive. Nevertheless, both amplifiers had experimental results below those obtained by simulation. All the simulations were performed using the Advanced Design System 2020.