Design of distributed microwave oscillators with reverse feedback.

Esta dissertação propõe uma metodologia de projeto de osciladores distribuídos controlados por tensão - DVCO - com realimentação reversa em freqüência de microondas. Estes constituem uma nova classe de osciladores recentemente proposta, a qual é obtida através da realimentação reversa de amplificadores distribuídos e tem como principal vantagem a possibilidade de sintonia em faixa ultra-larga de freqüência. São apresentados os fundamentos teóricos de operação do circuito e é proposta uma extensão da análise linear apresentada na literatura, considerando linhas de transmissão artificiais m-derivadas, a qual permite prever as transcondutâncias mínimas necessárias dos transistores e a freqüência inicial de oscilação. O método de projeto proposto é direcionado a DVCOs com realimentação reversa empregando transistores de efeito de campo dos tipos MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) e PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), bem como ao uso de tecnologia de circuitos híbridos de microondas - MICs, e circuitos integrados monolíticos de microondas - MMICs. A metodologia proposta definiu critérios para implementar a topologia deste circuito através de componentes reais, considerando-se os parasitas associados aos mesmos. Para validação do procedimento de projeto, concebeu-se e simulou-se através do programa ADS da Agilent um oscilador intitulado DVCO 3 GHz, cuja faixa de freqüência especificada estende-se de 1 a 3 GHz e a potência mínima de saída especificada é de 10 dBm. Um protótipo foi construído em circuito híbrido e seus resultados experimentais foram comparados aos simulados. A freqüência de oscilação medida foi de 1,04 GHz a 3,05 GHz e a potência obtida esteve entre 9,8 e 14,3 dBm, apresentando boa concordância com as simulações. O ruído de fase foi medido entre 100 kHz e 1 MHz de distância da portadora, observando-se uma inclinação proporcional a 1/f3. Verificou-se que a diminuição da corrente de polarização Ids dos transistores, através da redução de sua tensão de polarização de porta-fonte Vgs, melhorou o ruído de fase. Na condição de polarização de menor ruído de fase, observaram-se valores entre -84 e -93 dBc/Hz a 100 kHz da portadora.In this dissertation, a design methodology applied to microwave reverse feedback distributed voltage controlled oscillators - DVCO - is proposed. This circuit constitutes a new class of oscillators, obtained from reverse feeding back of the distributed amplifier. The main advantage of this topology is its capacity to achieve ultra-wideband frequency tuning. Circuit theoretical background is presented and an extension of the linear analysis presented in the literature is proposed. It allows predicting transistor minimum transconductances and the oscillation initial frequency, considering m-derived artificial transmission lines. The proposed design method is applicable to reverse feedback DVCOs employing field effect transistors MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) and PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), as well as using MIC (Microwave Integrated Circuits) and MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) technology. The proposed methodology defined criterion to employ real components, considering the component parasitics. In order to validate the design method, an oscillator named DVCO 3 GHz was designed and simulated through software Agilent ADS, with specified band from 1 up to 3 GHz and minimum output power of 10 dBm. A prototype was implemented in hybrid circuit technology and the measurements were compared to the simulation results. The measured oscillation frequency varied from 1,04 GHz up to 3,05 GHz and the output power was 9,8 to 14,3 dBm, presenting good agreement with simulations. Phase noise was measured in the range between 100 kHz and 1 MHz shift from carrier; in which it was observed a 1/f3 slope. It was verified that decreasing the transistor bias current Ids through decreasing its gate bias voltage Vgs reduced phase noise. In the biasing condition for lowest phase noise, values between -84 and -93 dBc/Hz at 100 kHz off-set from carrier were measured