ES2273855T3 - Tecnicas pra mejorar la ganancia en redes de rejilla cuasiopticas. - Google Patents
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Abstract
Un método de mejorar la ganancia de una celda unitaria (100) de amplificador diferencial de estructura de red de rejilla cuasióptica incluyendo: (a) proporcionar una primera red activa (110) movida por una señal de entrada de una magnitud y polaridad dadas, incluyendo la primera red un puer- to de entrada de señal (112), un puerto de salida de señal (114), un puerto de entrada de realimenta- ción (116) y un puerto de salida de realimentación (118); (b) proporcionar una segunda red activa (150) conectada a la primera red, incluyendo la segunda red un puerto de entrada de señal (152), un puerto de salida de señal (154), un puerto de entrada de realimentación (156), y un puerto de salida de re- alimentación (158), y siendo movida por una señal de entrada que es igual y opuesta a la señal de en- trada de la primera red activa; (c) aplicar al puerto de entrada de realimenta- ción de la primera red activa, mediante un recorri- do de realimentación, una señal de refuerzo deriva- da del puerto de salida de realimentación en una de las redes activas de la celda unitaria; y (d) aplicar al puerto de entrada de realimenta- ción de la segunda red activa, mediante un recorri- do de realimentación, una señal de refuerzo deriva- da del puerto de salida de realimentación en la otra de las redes activas de la celda unitaria.
Description
Técnicas para mejorar la ganancia en redes de
rejilla cuasiópticas.
Esta invención se refiere a redes cuasiópticas,
tal como redes de rejilla, y, en particular a técnicas para mejorar
la ganancia y anchura de banda de celdas unitarias activas que
incluyen tales redes.
Las comunicaciones de banda ancha, radar y otros
sistemas de formación de imágenes requieren la transmisión de
señales de radio frecuencia ("RF") en las bandas de microondas
y ondas milimétricas. Con el fin de lograr eficientemente los
niveles de potencia de transmisión de salida necesarios para muchas
aplicaciones a estas frecuencias altas, se ha empleado una técnica
llamada "combinación de potencia", por lo que la potencia de
salida de componentes individuales se acopla, o combina, creando por
ello una sola salida de potencia que es más grande que la que puede
suministrar un componente individual. Convencionalmente, la
combinación de potencia ha usado cavidades de guía de ondas
resonantes o redes de alimentación de línea de transmisión. Sin
embargo, estos acercamientos tienen varios inconvenientes que son
especialmente evidentes a frecuencias más altas. Primero: las
pérdidas de conductor en las paredes de guía de ondas o líneas de
transmisión tienden a aumentar con la frecuencia, limitando
eventualmente la eficiencia de la combinación. Segundo: estas
cavidades de guía de ondas resonantes o combinadores de línea de
transmisión son cada vez más difíciles de maquinar a medida que la
longitud de onda es más pequeña. Tercero: en sistemas de guía de
ondas, cada dispositivo a menudo se debe insertar y sintonizar
manualmente. Esto requiere mucha mano de obra y solamente es
práctico para un número relativamente pequeño de dispositivos.
Hace varios años se propuso la combinación de
potencia espacial usando "cuasióptica" como una solución
potencial a estos problemas. La teoría era que una red de microonda
o fuentes de estado sólido de ondas milimétricas colocadas en un
resonador se podrían sincronizar a la misma frecuencia y fase, y sus
salidas se combinarían en el espacio libre, minimizando las
pérdidas de conductor. Además, una red plana se podría fabricar
monolíticamente y a longitudes de onda más cortas, permitiendo por
ello que potencialmente miles de dispositivos sean incorporados a
una sola pastilla.
Desde entonces se han desarrollado numerosos
dispositivos cuasiópticos, incluyendo detectores, multiplicadores,
mezcladores, y desplazadores de fase. Estos dispositivos pasivos
siguen siendo objeto de búsqueda actual. En los últimos años, sin
embargo, los dispositivos cuasiópticos activos, a saber osciladores
y amplificadores, han evolucionado. Un beneficio de la combinación
de potencia espacial (sobre otros métodos) usando cuasióptica es
que la potencia de salida se escala linealmente con el área de chip.
Así, el campo de la cuasióptica activa ha atraído considerable
atención en un tiempo corto, y el crecimiento del campo ha sido
explosivo.
Se considera que el primer amplificador de red
de rejilla cuasióptica era una rejilla desarrollada por M. Kim y
colaboradores en el California Institute of Technology, por ejemplo
"A Grid Amplifier", IEEE Microwave & Guided Wave Letters,
1999, vol. 1, nº 11, páginas 322-324. Esta rejilla
usaba 25 pares diferenciales MESFET, que presentan una ganancia de
11 dB a 3 GHz. Como se representa en la figura 1, un amplificador de
rejilla típico 10 es una red de pares de transistores diferenciales
poco espaciados 14 en una rejilla activa 12 intercalada entre un
polarizador de entrada y salida 18, 24. Una señal de entrada 16 pasa
a través del polarizador de entrada horizontalmente polarizado 18 y
crea un haz de entrada incidente por la izquierda que excita
corrientes rf en las antenas de entrada horizontalmente polarizadas
20 de la rejilla 12. Estas corrientes activan las entradas del par
de transistores 14 en el modo diferencial. Las corrientes de salida
son redirigidas a lo largo de las antenas verticalmente polarizadas
de la rejilla 22, produciendo un haz de salida verticalmente
polarizado 30 mediante un polarizador de salida 24 a la derecha.
La entrada y salida de polarización cruzada
proporciona dos ventajas importantes. Primera: proporciona buen
aislamiento de entrada-salida, reduciendo el
potencial de oscilaciones de realimentación espurias. Segunda: los
circuitos de entrada y salida del amplificador se pueden sintonizar
independientemente usando polarizadores de tira metálica, que
también confinan el haz a la dirección hacia adelante. Desde
entonces se han desarrollado numerosas rejillas de amplificador y
hasta la fecha han demostrado ser una gran promesa para aplicaciones
RF militares y comerciales y en particular para sistemas de alta
frecuencia y banda ancha que requieren significativos niveles de
potencia de salida (por ejemplo, > 5 vatios) en un paquete
pequeño, preferiblemente monolítico. Además, se puede usar un
resonador para proporcionar realimentación para acoplar los
dispositivos activos con el fin de formar un oscilador de alta
potencia.
Por desgracia, las redes de rejillas activas
convencionales, tales como amplificadores y osciladores no han sido
tan eficientes como es deseable. En particular, dichos
amplificadores de red de rejilla que usan simples celdas unitarias
de par diferencial exhiben solamente ganancia relativamente
limitada, del orden de 10 dB o menos. La ganancia limitada limita
las aplicaciones en las que se pueden emplear las redes de rejilla
convencionales. Aún más, además de la ganancia, la respuesta de
frecuencia y adaptación de impedancia criterios críticos para el
diseño de dispositivos de microondas y ondas milimétricas. El estado
actual del diseño de los amplificadores cuasiópticos no resuelve
adecuadamente estos problemas.
\newpage
Así, hay una clara necesidad de redes activas de
rejillas cuasiópticas, y en particular las celdas unitarias que
incluyen las redes, que produzcan ganancias más altas, a frecuencias
más altas. Además, sería deseable tener unos componentes tales que
ofrezca mayor flexibilidad en adaptación de impedancia, mejorando
por ello la anchura de banda y manufacturabilidad de tales
diseños.
El documento EP-A1 -0 942 526
describe un amplificador diferencial con acoplamiento cruzado.
La presente invención satisface las necesidades
anteriores, y se define en las reivindicaciones independientes 1, 9
y 10. Un método de la invención como el definido en la
reivindicación 1 incluye proporcionar dos redes activas y aplicar
señales de refuerzo a cada una de las redes. La primera red activa
es activada por una señal de entrada de una magnitud y polaridad
dadas y la segunda red activa es activada por una señal de entrada
que es igual y opuesta a la señal de entrada que mueve la primera
red. La primera red incluye un puerto de entrada de señal, un
puerto de salida de señal, un puerto de entrada de realimentación y
un puerto de salida de realimentación. Igualmente, la segunda red
incluye un puerto de entrada de señal, un puerto de salida de
señal, un puerto de entrada de realimentación, y un puerto de salida
de realimentación. El método entonces aplica al puerto de entrada
de realimentación de la primera red activa, mediante un recorrido de
realimentación, una señal de refuerzo derivada del puerto de salida
de realimentación en una de las redes activas de la celda unitaria,
y aplica al puerto de entrada de realimentación de la segunda red
activa, mediante un recorrido de realimentación, una señal de
refuerzo derivada del puerto de salida de realimentación en la otra
de las redes activas de la celda unitaria. Cada uno de los
recorridos de alimentación puede incluir una red de realimentación
sustancialmente idéntica que tiene una función de transferencia que
hace que la señal de refuerzo aplicada a cada red se añada de forma
constructiva a la señal de entrada aplicada a dicha red dentro del
rango de frecuencia de interés.
En un aspecto de la invención, la señal de
refuerzo aplicada al puerto de entrada de realimentación de la
primera red es derivada del puerto de salida de realimentación de la
segunda red, y la señal de refuerzo aplicada al puerto de entrada
de realimentación de la segunda red es derivada del puerto de salida
de realimentación de la primera red. Esto se puede denominar una
topología de realimentación regenerativa de acoplamiento
cruzado.
En una implementación específica de este
aspecto, el puerto de entrada de realimentación de cada red está
conectado internamente al puerto de entrada de señal de esa red y el
puerto de salida de realimentación de cada red está conectado
internamente al puerto de salida de señal de esa red. Esta
realización incluye un simple par diferencial de dispositivos
activos conectados usando una topología de realimentación
regenerativa de acoplamiento cruzado.
En un aspecto alternativo de la invención, la
señal de refuerzo aplicada al puerto de entrada de realimentación
de la primera red es derivada del puerto de salida de realimentación
de la primera red y la señal de refuerzo aplicada al puerto de
entrada de realimentación de la segunda red es derivada del puerto
de salida de realimentación de la segunda red (configuración
shunt-shunt ancha) en esta realización, el recorrido
de realimentación de cada red incluye una red de realimentación
sustancialmente idéntica y la señal de refuerzo aplicada al puerto
de entrada de realimentación es derivada mediante una combinación de
un desplazamiento de fase dependiente de frecuencia de la red
activa y un desplazamiento de fase dependiente de frecuencia
adicional de la red de realimentación. En un aspecto más detallado
de esta configuración "shunt-shunt", el puerto
de entrada de realimentación de cada red está conectado
internamente al puerto de entrada de señal de esa red, y el puerto
de salida de realimentación de cada red está conectado internamente
al puerto de salida de señal de esa red.
La presente invención definida en las
reivindicaciones 9 y 10 también describe una celda unitaria
diferencial de red de rejilla cuasióptica. La celda incluye redes
activas primera y segunda y recorridos de señal de refuerzo primero
y segundo. Cada red tiene un puerto de entrada de señal, una etapa
de amplificación, un puerto de salida de señal, un puerto de salida
de realimentación, un puerto de entrada de realimentación y un
puerto de referencia. Las redes están conectadas una a otra
mediante los respectivos puertos de referencia. En una realización,
el primer recorrido de señal de refuerzo conecta el puerto de
entrada de realimentación de la primera red con el puerto de salida
de realimentación de la segunda red, y el segundo recorrido de señal
de refuerzo conecta el puerto de entrada de realimentación de la
segunda red con el puerto de salida de realimentación de la primera
red. Cada uno de los dos recorridos de señal de refuerzo puede
incluir una red de realimentación. En un aspecto más detallado de
esta realización, la primera red activa incluye una segunda etapa de
amplificación conectada a la primera etapa de amplificación
mediante una red de impedancia de acoplamiento y la segunda red
activa incluye una segunda etapa de amplificación conectada a la
primera etapa de amplificación mediante una red de impedancia de
acoplamiento. En otra realización de esta celda unitaria
diferencial, el primer recorrido de señal de refuerzo conecta el
puerto de entrada de realimentación de la primera red con el puerto
de salida de realimentación de la primera red, y el segundo
recorrido de señal de refuerzo conecta el puerto de entrada de
realimentación de la segunda red con el puerto de salida de
realimentación de la segunda red. Cada uno de los dos recorridos de
señal de refuerzo puede incluir una red de realimentación. En un
aspecto más detallado de esta realización de la celda unitaria
diferencial, la primera red activa incluye una segunda etapa de
amplificación conectada a la primera etapa de amplificación
mediante una red de impedancia de acoplamiento y la segunda red
activa incluye una segunda etapa de amplificación conectada a la
primera etapa de amplificación mediante una red de impedancia de
acoplamiento.
La presente invención también expone una
descripción aún más detallada de la celda unitaria diferencial de
red de rejilla cuasióptica. En esta realización, la celda tiene un
primer puerto de entrada para una señal de entrada, un segundo
puerto de entrada para una señal de entrada que es igual y opuesta a
la señal de entrada en el primer puerto de entrada, un primer
puerto de salida y un segundo puerto de salida. La celda también
incluye un primer dispositivo activo de tres terminales que tiene un
electrodo de control conectado al primer puerto de entrada, un
ánodo conectado al primer puerto de salida y un cátodo y un segundo
dispositivo activo de tres terminales que tiene un electrodo de
control conectado al segundo puerto de entrada, un ánodo conectado
al segundo puerto de salida y un cátodo conectado al cátodo del
primer dispositivo activo en una configuración de par diferencial.
En esta realización de par diferencial único, el ánodo del primer
dispositivo activo está conectado al electrodo de control del
segundo dispositivo activo a través de una primera red de
realimentación regenerativa y el ánodo del segundo dispositivo
activo está conectado al electrodo de control del primer dispositivo
activo a través de una segunda red de realimentación regenerativa.
Esto se puede denominar una celda de par diferencial de
realimentación regenerativa de acoplamiento cruzado.
En otro diseño de par diferencial con
realimentación positiva se describe una celda unitaria diferencial
de red de rejilla cuasióptica que tiene un primer puerto de entrada
para una señal de entrada y un segundo puerto de entrada para una
señal de entrada que es igual y opuesta a la señal de entrada en el
primer puerto de entrada, un primer puerto de salida y un segundo
puerto de salida. La celda también incluye un primer dispositivo
activo de tres terminales que tiene un electrodo de control
conectado al primer puerto de entrada, un ánodo conectado al primer
puerto de salida y un cátodo y un segundo dispositivo activo de tres
terminales que tiene un electrodo de control conectado al segundo
puerto de entrada, un ánodo conectado al segundo puerto de salida y
un cátodo conectado al cátodo del primer dispositivo activo. El
dispositivo de tres terminales puede ser cualquier tipo de
dispositivo activo, tal como un FET o BJT. El ánodo del primer
dispositivo activo está conectado al electrodo de control del
primer dispositivo activo a través de una primera red de
realimentación regenerativa en una configuración de par
diferencial, y el ánodo del segundo dispositivo activo está
conectado al electrodo de control del segundo dispositivo activo a
través de una segunda red de realimentación regenerativa. Esto se
puede denominar una celda de par diferencial de realimentación
regenerativa de shunt-shunt.
Ambas redes en la celda unitaria también pueden
incluir múltiples etapas de amplificación para mejorar más el
rendimiento. En particular, la primera red activa puede tener un
puerto de entrada, un puerto de salida y un puerto de referencia, y
al menos una primera y segunda etapa de amplificación. A su vez,
cada etapa incluye al menos un dispositivo activo de tres
terminales que tiene un cátodo, un ánodo y un electrodo de control.
Igualmente, la segunda red activa, que es sustancialmente idéntica a
la primera red, puede tener un puerto de entrada, un puerto de
salida y un puerto de referencia, y al menos una primera y segunda
etapa de amplificación. Cada etapa de esta red también incluye al
menos un dispositivo activo de tres terminales que tiene un cátodo,
un ánodo y un electrodo de control. La segunda red está acoplada de
forma diferente a la primera red mediante sus respectivos puertos
de referencia (multitransistor por celda).
Esta realización de multiamplificación por celda
puede ser conectada de varias formas. En un diseño dentro de la
primera red, el electrodo de control del dispositivo activo de la
primera etapa de amplificación está conectado al puerto de entrada
de la red, el ánodo del dispositivo activo de la segunda etapa de
amplificación está conectado al puerto de salida de la red y el
ánodo del dispositivo activo de la primera etapa de amplificación
está conectado al electrodo de control del dispositivo activo de la
segunda etapa de amplificación a través de una red de impedancia de
acoplamiento.
Alternativamente, dentro de la primera red, el
electrodo de control del primer dispositivo activo está conectado
al puerto de entrada, el cátodo del primer dispositivo activo está
conectado al puerto de referencia, y el ánodo del primer
dispositivo acoplado al cátodo del segundo dispositivo a través de
una red de impedancia, el terminal de control del segundo
dispositivo está conectado a un voltaje de polarización a través de
una red de impedancia, y el ánodo del segundo dispositivo está
conectado al puerto de salida.
Como se explica con detalle, los diseños de
celda que incorporan múltiples etapas de amplificación por red se
pueden diseñar preferiblemente en las implementaciones de
realimentación positiva descritas por la presente invención. Dos de
tales combinaciones se describen explícitamente.
En una de las combinaciones, la celda unitaria
para una red de rejilla cuasióptica incluye una primera red activa,
una segunda red activa, un primer recorrido de señal de refuerzo, y
un segundo recorrido de señal de refuerzo. La primera red activa
incluye un primer puerto de entrada de señal para recibir una señal
de entrada, un primer puerto de salida de señal, un primer puerto
de salida de realimentación y un primer puerto de entrada de
realimentación. La primera red incluye además un primer dispositivo
activo de tres terminales que tiene un electrodo de control
conectado al puerto de entrada de señal, un ánodo y un cátodo, y un
segundo dispositivo activo de tres terminales que tiene un
electrodo de control internamente conectado al ánodo del primer
dispositivo activo mediante una red de impedancia de acoplamiento,
un ánodo conectado al puerto de salida de señal, y un cátodo
conectado al cátodo del primer dispositivo activo.
La segunda red activa incluye un segundo puerto
de entrada de señal para recibir una señal de entrada que es igual
y opuesta a la primera señal de entrada, un segundo puerto de salida
de señal, un segundo puerto de salida de realimentación y un
segundo puerto de entrada de realimentación. La segunda red incluye
además un tercer dispositivo activo de tres terminales que tiene un
electrodo de control conectado al segundo puerto de entrada de
señal, un ánodo y un cátodo, y un cuarto dispositivo activo de tres
terminales que tiene un electrodo de control internamente conectado
al ánodo del tercer dispositivo activo mediante una red de
impedancia de acoplamiento, un ánodo conectado al segundo puerto de
salida de señal, y un cátodo conectado a los cátodos del primero,
segundo y tercer dispositivos activos.
En este diseño, el primer recorrido de señal de
refuerzo conecta el segundo puerto de salida de realimentación al
primer puerto de entrada de realimentación mediante una primera red
de realimentación; y el segundo recorrido de señal de refuerzo
conecta el primer puerto de salida de realimentación al segundo
puerto de entrada de realimentación mediante una segunda red de
realimentación. Además, el primer puerto de salida de realimentación
está conectado internamente al ánodo del primer dispositivo activo,
el primer puerto de entrada de realimentación está conectado
internamente al electrodo de control del primer dispositivo activo,
el segundo puerto de salida de realimentación está conectado
internamente al ánodo del segundo dispositivo activo, y el segundo
puerto de entrada de realimentación está conectado internamente al
electrodo de control del segundo dispositivo activo. En otros
términos, la celda incluye dos redes en cascada de dos etapas
sustancialmente idénticas diferencialmente conectadas en una
topología de acoplamiento cruzado.
En otra combinación detallada, la celda unitaria
para una red de rejilla cuasióptica incluye una primera red activa,
una segunda red activa, un primer recorrido de señal de refuerzo, y
un segundo recorrido de señal de refuerzo. La primera red activa
incluye un primer puerto de entrada de señal para recibir una señal
de entrada, un primer puerto de salida de señal, un primer puerto
de salida de realimentación y un primer puerto de entrada de
realimentación. Incluye además un primer dispositivo activo de tres
terminales que tiene un electrodo de control conectado al puerto de
entrada de señal, un ánodo y un cátodo, y un segundo dispositivo
activo de tres terminales que tiene un electrodo de control
internamente conectado al ánodo del primer dispositivo activo
mediante una red de impedancia de acoplamiento, un ánodo conectado
al puerto de salida de señal, y un cátodo conectado al cátodo del
primer dispositivo activo.
La segunda red activa incluye un segundo puerto
de entrada de señal para recibir una señal de entrada que es igual
y opuesta a la primera señal de entrada, un segundo puerto de salida
de señal, un segundo puerto de salida de realimentación y un
segundo puerto de entrada de realimentación. Esta segunda red
incluye además un tercer dispositivo activo de tres terminales que
tiene un electrodo de control conectado al segundo puerto de
entrada de señal, un ánodo y un cátodo, y un cuarto dispositivo
activo de tres terminales que tiene un electrodo de control
internamente conectado al ánodo del tercer dispositivo activo
mediante una red de impedancia de acoplamiento, un ánodo conectado
al segundo puerto de salida de señal, y un cátodo conectado a los
cátodos del primero, segundo y tercer dispositivos activos.
El primer recorrido de señal de refuerzo conecta
el primer puerto de salida de realimentación al primer puerto de
entrada de realimentación mediante una primera red de
realimentación, y el segundo recorrido de señal de refuerzo conecta
el segundo puerto de salida de realimentación al segundo puerto de
entrada de realimentación mediante una segunda red de
realimentación. En este diseño específico, el primer puerto de
salida de realimentación está conectado internamente al ánodo del
segundo dispositivo activo, el primer puerto de entrada de
realimentación está conectado internamente al ánodo del primer
dispositivo activo, el segundo puerto de salida de realimentación
está conectado internamente al ánodo del cuarto dispositivo activo,
y el segundo puerto de entrada de realimentación está conectado
internamente al ánodo del tercer dispositivo activo. En otros
términos, la celda incluye dos redes en cascada de dos etapas
sustancialmente idénticas diferencialmente conectada en una
topología shunt-shunt.
La figura 1 es una vista despiezada de una red
de rejilla cuasióptica convencional con una de las celdas unitarias
de par diferencial en la red amplificada.
La figura 2 es un diagrama de bloques de una
celda unitaria diferencial convencional.
La figura 3 es un esquema de la celda unitaria
diferencial convencional representada en la figura 2.
La figura 4 es un diagrama de bloques de una
celda unitaria de dos redes que presenta la convención de puerto
usada en conexión con la descripción de la presente invención.
La figura 5 es un diagrama de bloques de una
realización de la presente invención, donde una topología de
realimentación regenerativa de acoplamiento cruzado está diseñada en
una celda unitaria diferencial que tiene dos redes activas.
La figura 6 es un diagrama de bloques de una
segunda realización de la presente invención, donde una topología
de realimentación regenerativa shunt-shunt está
diseñada en una celda unitaria diferencial que tiene dos redes
activas.
La figura 7 es un esquema de circuito de una
celda unitaria de la presente invención que implementa la topología
de celda unitaria representada en la figura 5, donde cada red activa
incluye un dispositivo activo.
La figura 8 es un esquema de circuito de una
celda unitaria de la presente invención que implementa la topología
de celda unitaria representada en la figura 6, donde cada red activa
incluye un dispositivo activo.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un caso
general para media celda unitaria que incluye dos etapas de
amplificación.
\newpage
La figura 10 ilustra una configuración preferida
de la media celda unitaria representada en la figura 9, donde los
dos dispositivos activos están en cascada juntamente.
La figura 11 ilustra otra configuración
preferida de la media celda unitaria representada en la figura 9,
donde los dos dispositivos activos están en cascada juntamente.
La figura 12 es un esquema de una implementación
de una celda unitaria de la presente invención, donde cada red
activa está diseñada como una media celda unitaria en cascada con
las redes que emplean realimentación regenerativa de acoplamiento
cruzado.
Y la figura 13 es un esquema de otra
implementación de una celda unitaria de la presente invención, donde
cada red activa está diseñada como una media celda unitaria en
cascada con las redes que emplean realimentación regenerativa
shunt-shunt.
Las topologías de celda unitaria aquí descritas
emplean dispositivos amplificadores de tres terminales tales como
FETs o BJTs y preferiblemente transistores de alta velocidad tales
como pHEMTs o HBTs. Sin embargo, se deberá entender que estas
topologías son aplicables a cualquier dispositivo amplificador de
tres terminales. Con el fin de extender la explicación a una clase
más general de tres terminales dispositivos, se hará referencia a
los dos terminales entre los que la corriente del dispositivo
primario fluye como el ánodo y el cátodo, correspondiente al
drenaje y fuente de UN FET (por ejemplo, pHEMT), respectivamente, y
al colector y emisor de UN BJT (por ejemplo, HBT), respectivamente.
En operación normal, el ánodo está puesto a un potencial más
positivo que el cátodo, fluyendo corriente al ánodo del circuito
circundante, y saliendo del cátodo. El tercer terminal eléctrico
del dispositivo se denominará el electrodo de control,
correspondiente a la puerta del FET (pHEMT) y base del BJT (HBT).
La diferencia de voltaje entre el electrodo de control y el cátodo
(por ejemplo, Vgs en UN FET) controla el flujo de corriente entre
el ánodo y cátodo. En operación típica, la magnitud del flujo de
corriente al electrodo de control es significativamente menor que el
flujo de corriente entre el ánodo y el cátodo.
Las mejoras sobre la arquitectura de par
diferencial previamente descrita usada en amplificadores de red de
rejilla se pueden clasificar en dos categorías, a saber, (1) la
adición de realimentación de banda ancha o positiva selectiva de
frecuencia (o regenerativa); y (2) el uso de varias
configuraciones de amplificador diferencial. En las realizaciones
preferidas de la presente invención, las técnicas de mejora de
ganancia de ambas categorías se pueden combinar para crear diseños
de celda unitaria con ganancias y eficiencias incluso más grandes
que las que proporciona cualquiera de las técnicas sola.
Para la finalidad de ilustrar más claramente los
aspectos novedosos de la presente invención, la figura 2 representa
una representación a nivel de sistema, y la figura 3 representa un
esquema a nivel de circuito de una celda unitaria de amplificador
diferencial convencional empleada en amplificadores de red de
rejilla típicos, tales como la celda unitaria amplificada
representada en la figura 1. La convención usada en estas figuras y
en las figuras restantes que ilustran las celdas diferenciales
mejoradas de la presente invención es que cada mitad de una celda
unitaria que contiene al menos un dispositivo activo se llama una
"red activa" y se denota por líneas de puntos. Una celda
unitaria completa se denota con un recuadro sólido.
Con referencia a las figuras 2 y 3, la celda
unitaria convencional 50 incluye dos redes activas 60 y 70
(denominadas en la figura 2 "Red activa A" y "Red activa
B", respectivamente) que están interconectadas diferencialmente
mediante puertos de referencia 69 y 79. Como en todas las
realizaciones de la presente invención descrita con detalle a
continuación, estas dos redes activas son preferiblemente, pero no
necesariamente, sustancialmente idénticas una a otra. Por
"sustancialmente idénticas" se entiende que las dos redes
tienen comportamiento eléctrico sustancialmente idéntico. Una señal
de entrada (polaridad positiva x) es recibida mediante una
estructura radiante de entrada 40 y estructura radiante de entrada
(polaridad negativa x) 42, que puede ser cables, antenas u otras
estructuras adecuadas, y al puerto de entrada (positiva) A_{in} 62
y puerto de entrada (negativa) B_{in} 72 de las redes
respectivas. Es decir, la señal en el puerto de entrada B_{in} 72
es de magnitud igual y polaridad opuesta a la señal de entrada en
el puerto de entrada A_{in} 62. La señal de salida es irradiada
al espacio libre mediante estructuras radiantes de salida 44, 46 del
puerto de salida de señal A_{out} 64 de la primera red 60
(polarización negativa y) y el puerto de salida de señal B_{out}
74 de la segunda red 70 (polarización positiva y), respectivamente.
Las redes son polarizadas mediante un suministro de polarización
principal en 80, un retorno de polarización principal en 82 y una
polarización de voltaje de control en 84.
Considerando más de cerca las redes a un nivel
esquemático, la figura 3 representa que la primera red 60 contiene
un dispositivo activo de tres terminales 61 que tiene un electrodo
de control 65, un ánodo 66, y un cátodo 67. Correspondientemente,
la segunda red 70 incluye otro dispositivo activo de tres terminales
71 que tiene un electrodo de control 75, un ánodo 76, y un cátodo
77. Los electrodos de control 65, 75 están conectados uno a otro
mediante una red de impedancia Zb 68 en la primera red activa y red
de impedancia Zb 78 en la segunda red activa, los cátodos 67, 77
están conectados uno a otro a través de puertos de referencia 69,
79, el ánodo 66 del primer dispositivo está conectado al puerto de
salida de señal A_{out} 64 y el ánodo 76 del segundo dispositivo
71 en la segunda red 70 al puerto de salida de señal B_{out}
74.
La realimentación empleada en conexión con las
celdas mejoradas de la presente invención es realimentación
positiva que proporciona ganancia regenerativa a la entrada de señal
a la celda unitaria. La figura 4 es un diagrama de bloques que
establece la convención usada para describir la clase general de
circuitos de ganancia regenerativa de la presente invención. En
particular, la celda unitaria 100 incluye dos redes activas, red
"A" 110 y red "B" 150. La red "A" 110 incluye un
puerto de entrada 112 conectado a la estructura radiante de entrada
40, un puerto de salida 114 conectado a la estructura radiante de
salida 44, un puerto de entrada de realimentación 116 y un puerto
de salida de realimentación 118. Igualmente, la red "B" 150
incluye un puerto de entrada 152 conectado a la estructura radiante
de entrada 42, un puerto de salida 154 conectado a la estructura
radiante de salida 46, un puerto de entrada de realimentación 156 y
un puerto de salida de realimentación 158. Los puertos de
referencia 119 y 159 están conectados juntamente. En este caso
general, cada uno de los puertos de salida y entrada de cada red
puede estar conectado a uno de los otros puertos en cualquiera de
las redes para obtener una ganancia positiva.
Como se verá, elementos de realimentación, o
redes de realimentación positiva, etiquetados Z_{pos}, están
introducidos en cada una de las líneas de realimentación de la
presente invención. Como entenderán los expertos en la técnica, los
componentes pasivos (es decir, resistencias, condensadores, e
inductores) que incluyen los elementos de realimentación se eligen
de modo que la fase de la función de transferencia de elemento de
realimentación haga que la señal de realimentación (es decir, la
salida del elemento de realimentación) se añada de forma
constructiva a la señal de entrada dentro del rango de frecuencia de
interés para amplificación. Esta realimentación positiva mejora la
ganancia y puede modificar las impedancias de entrada y salida
efectivas para mejorar la adaptación de impedancia del puerto. Se
deberá entender que la función de transferencia de elemento de
realimentación también puede ser elegida para proporcionar
simultáneamente realimentación negativa fuera del rango de
frecuencia de interés con el fin de mejorar la estabilidad del
amplificador. Las figuras 5 y 6 muestran dos topologías específicas
de este modelo de realimentación regenerativo o positivo para la
celda unitaria representada en la figura 4.
Volviendo a la figura 5, se describe un diagrama
de bloques de una topología de realimentación regenerativa para una
celda unitaria. Como se ha indicado en el diagrama de bloques, una
señal de refuerzo para la primera red activa 110a es tomada de
puerto de salida de realimentación 158a de la segunda red 150a
mediante una red de realimentación positiva 160a a lo largo de la
línea de realimentación 162a e introducida en el puerto de entrada
de realimentación 116a de la primera red. Igualmente, una señal de
refuerzo para la segunda red activa 150a es tomada del puerto de
salida de realimentación 118a de la primera red 110a mediante una
red de realimentación positiva 170a a lo largo de la línea de
realimentación 172a e introducida en el puerto de entrada de
realimentación 156a de la segunda red. La topología se llama una
"celda unitaria de realimentación de acoplamiento cruzado".
Esta topología general se aplica independientemente de la estructura
y en particular el número de etapas de amplificación, que está
dentro de la red activa.
La topología "de acoplamiento cruzado"
puede proporcionar realimentación regenerativa de banda ancha, y por
ello mejorar la ganancia y adaptación de impedancia en un amplio
rango de frecuencia. Esta técnica es muy útil cuando la frecuencia
de operación para la red de rejilla es sustancialmente inferior a
f_{max}, la frecuencia de ganancia de potencia unitaria de los
dispositivos activos usados en la red, donde el excesivo
desplazamiento de fase aportado por los dispositivos activos es
relativamente pequeño. Las redes de realimentación de banda ancha,
Z_{f}, pueden ser tan simples como un divisor de voltaje resistivo
entre cada salida, la entrada de polaridad correspondiente, y
tierra de señal (el centro de celda), con un condensador de bloqueo
CC entre la salida y la entrada para mantener niveles de
polarización CC.
La figura 6 representa un diagrama de bloques de
un segundo esquema de realimentación positiva usando la convención
establecida en la figura 4. En particular, la celda unitaria 100b
incluye una primera red activa 110b y una segunda red activa 150b
interconectadas mediante sus respectivos puertos de referencia 199b,
159b. Una señal de refuerzo para la primera red activa 110b es
tomada del puerto de salida de realimentación 118b de la primera
red 110b mediante una red de realimentación positiva 160b a lo largo
de la línea de realimentación 162b e introducida en el puerto de
entrada de realimentación 116b de la primera red. Igualmente, una
señal de refuerzo para la segunda red activa 150b es tomada del
puerto de salida de realimentación 158b de la segunda red 150b
mediante una red de realimentación positiva 170b a lo largo de la
línea de realimentación 172b e introducida en el puerto de entrada
de realimentación 156b de la segunda red. En este sentido, cada red
activa es de autorrefuerzo.
Esta topología crea "celdas unitarias de
realimentación regenerativa shunt-shunt" y se
aplica a una categoría de circuitos, independientemente del número
de etapas de amplificación (dispositivos activos, tales como
transistores) que están dentro de las redes activas y cómo están
interconectadas las etapas. En CC, este esquema proporciona
realimentación negativa (sin refuerzo). Sin embargo, teniendo en
cuenta el desplazamiento de fase intrínseco de los dispositivos
activos más el desplazamiento de fase aportado por las redes de
realimentación, la realimentación es realmente positiva en la banda
de frecuencia de interés. Obtener este desplazamiento de fase
introducido implica típicamente el uso de elementos reactivos o de
retardo en el recorrido de realimentación. Esta técnica es
especialmente útil cuando la frecuencia de operación de la red de
rejilla es relativamente próxima a la f_{max} de los dispositivos
activos donde el excesivo desplazamiento de fase aportado por los
dispositivos activos hace que el acercamiento de banda ancha (de
acoplamiento cruzado) antes descrito sea más difícil de
implementar. Aunque las redes de rejilla anteriores han implementado
realimentación shunt-shunt, siempre se han usado
como realimentación negativa de banda relativamente ancha prevista
para estabilizar el amplificador de celda unitaria contra las
oscilaciones. Obsérvese que, dado que la red de realimentación aquí
descrita es de frecuencia selectiva (más bien que banda ancha),
puede ser usada para proporcionar realimentación positiva a la
frecuencia de operación prevista (mejorando la ganancia y/o
adaptación de impedancia), y realimentación negativa a otras
frecuencias (estabilizando la red de rejilla contra las oscilaciones
indeseadas).
Una implementación particular de la topología de
acoplamiento cruzado representada en la figura 5 es el caso simple
donde cada red activa incluye un solo dispositivo activo de tres
terminales (por ejemplo, transistor). Esto se representa
esquemáticamente en la figura 7, donde todos los elementos y números
de referencia correspondientes exteriores, y en los puertos de las
dos redes activas son los mismos que los representados y descritos
en el caso general representado en la figura 5. Dentro de la
primera red activa 110a hay un dispositivo de tres terminales
activo 130a que tiene un electrodo de control 132a, un ánodo 133a y
un cátodo 134a. El puerto de entrada 112a está conectado al
electrodo de control 132a mediante una red de polarización Z_{b}
135a y el puerto de salida 114a está conectado al ánodo 133a.
Volviendo a la segunda red activa 150a, se representa un
dispositivo de tres terminales activo 180a que tiene un electrodo de
control 182a, un ánodo 183a y un cátodo 184a. El puerto de entrada
152a está conectado al electrodo de control 182a mediante una red de
polarización Z_{b} 185a y el puerto de salida 154a está conectado
al ánodo 183a.
Los recorridos de realimentación de acoplamiento
cruzado están conectados como sigue. Realimentación a la primera
red 110a: el puerto de salida de realimentación 158a de la segunda
red está conectado al puerto de salida 154a (y ánodo 183a) de la
segunda red y proporciona una señal de refuerzo, mediante la red de
realimentación 160a en el recorrido 162a al puerto de entrada de
realimentación 116a de la primera red 110a. Según se ve, este
puerto 116a está conectado con el puerto de entrada 112a, mediante
Z_{b} 135a, y unido al electrodo de control 132a. Realimentación
a la segunda red 150a: el puerto de salida de realimentación 118a de
la primera red está conectado al puerto de salida 114a (y ánodo
133a) de la primera red y proporciona una señal de refuerzo,
mediante la red de realimentación 170a en el recorrido 172a al
puerto de entrada de realimentación 156a de la segunda red 150a.
Según se ve, este puerto de entrada 156a está conectado al puerto de
entrada 152a, mediante Z_{b} 185a, y unido al electrodo de
control 182a del dispositivo activo 180a.
La figura 8 representa una implementación de la
topología shunt-shunt representada en la figura 6
para una celda unitaria 100b donde cada red 110b y 150b incluye un
solo dispositivo activo de tres terminales (por ejemplo,
transistor) que tiene un electrodo de control, ánodo y cátodo.
Volviendo a la primera red activa 110b, como en el caso anterior,
el puerto de entrada 112b está conectado al electrodo de control
mediante una red de polarización Z_{b} y el puerto de salida 114b
está conectado al ánodo.
Ahora se describe el recorrido de realimentación
shunt-shunt para la primera red. El puerto de salida
de realimentación 118b está conectado al puerto de salida 114b (y
ánodo) y proporciona una señal de refuerzo, mediante la red de
realimentación 160b en el recorrido 162b al puerto de entrada de
realimentación 116b de la red. Según se ve, este puerto 116b está
conectado al puerto de entrada 112b, mediante Z_{b} y unido al
electrodo de control del dispositivo activo 110b. Según se ve en la
figura 8, se aplica la misma configuración de realimentación y red
a la segunda red activa 150b de la celda unitaria 100b.
Las figuras 9, 10 y 11 ilustran configuraciones
novedosas preferidas en las que cada mitad de un amplificador
diferencial de celda unitaria incorpora múltiples dispositivos
activos con el fin de mejorar más la ganancia de las celdas
unitarias. Esto contrasta con el amplificador de red de rejilla
convencional representado en las figuras 1 y 2 en que se usa un par
diferencial simple. Con referencia al caso general, en la figura 9
se representa una media celda unitaria 200 que tiene una primera
etapa de amplificación o ganancia 202 que recibe una señal de
entrada 201 y que acopla con una segunda etapa de amplificación o
ganancia 204 mediante una red de impedancia de acoplamiento 206,
que produce en la salida 209 una señal amplificada que es
básicamente el producto de las dos etapas de ganancia. Como se
verá, cuando se aplica amplificación polietápica a los diseños de
realimentación descritos anteriormente, se usarán los puertos de
acoplamiento entre etapas 207, 208.
Una implementación específica de amplificación
polietápica en una media celda unitaria se representa a nivel de
transistor en la figura 10 donde una etapa de amplificación está en
cascada con la siguiente. En particular, la media celda 210 incluye
un primer dispositivo activo 220 que recibe la señal de entrada en
su electrodo de control 224 y que tiene un ánodo 222 que está
acoplado (a frecuencias de señal) al electrodo de control 234 del
segundo dispositivo 230 a través de una red de impedancia de
acoplamiento 212, que se puede elegir de manera que tenga una
función de transferencia dependiente de frecuencia. Se puede
realizar una mejora de ganancia sustancial usando esta
configuración, dado que la ganancia general es esencialmente el
producto de las ganancias realizadas por cada uno de los
dispositivos activos tomados por separado. También puede haber una
mejora significativa en la adaptación de impedancia, dado que la
geometría del dispositivo primero o de entrada del par puede ser
adaptado para mejorar la adaptación - específicamente, por ejemplo,
el dispositivo de entrada se puede hacer más pequeño (menor
capacidad de transporte de corriente) para proporcionar una
impedancia de entrada más alta, manteniendo al mismo tiempo grande
el segundo dispositivo (que debe llevar suficiente corriente para
generar potencia de salida significativa). La polarización requerida
no se representa explícitamente en 10, sino que se entenderá bien
en la técnica que los detalles de la configuración de polarización
dependerán de la naturaleza del dispositivo activo usado.
La figura 11 ilustra otra configuración
preferida en la que cada mitad del amplificador diferencial de celda
unitaria incorpora dos dispositivos activos. En esta configuración,
el ánodo 272 del primer dispositivo 270 está acoplado al cátodo 266
del segundo dispositivo 260, mientras que el electrodo de control
264 del segundo dispositivo está acoplado a través de una
impedancia especificada 254 a tierra de señal (el centro de celda).
La entrada de una estructura radiante de entrada es aplicada al
electrodo de control 274 del primer dispositivo y el ánodo 262 del
primer dispositivo está conectado a una estructura radiante de
salida. Esta configuración también puede permitir realizar una
mejora de ganancia significativa con relación a la proporcionada por
un solo dispositivo activo. La polarización no se representa
explícitamente, pero será necesaria. Los detalles de la
configuración de polarización dependerán de la naturaleza del
dispositivo activo usado.
Se deberá entender que las técnicas aquí
descritas para acoplar múltiples dispositivos activos dentro de cada
mitad de una celda unitaria no se limitan a dos dispositivos
activos por media celda. Más de dos dispositivos pueden estar en
cascada o puestos en cascada de maneras similares a las
representadas en las figuras 10 y 11 con el fin de mejorar la
ganancia, la respuesta de frecuencia o el rendimiento de adaptación
de impedancia de celda unitaria diferencial incluso más que los
diseños de transistor doble aquí descritos con detalle.
La presente invención también describe un
dispositivo y método para combinar las técnicas de realimentación
antes descritas con las celdas unitarias diferenciales de
transistores múltiples descritas con el fin de lograr un
rendimiento aún mayor. Por ejemplo, la red de realimentación
regenerativa de acoplamiento cruzado descrita en unión con las
figuras 5 y 7 puede ser incorporada con las medias celdas unitarias
polietápicas del tipo representado en la figura 10.
En particular, la figura 12 representa una celda
unitaria diferencial 300 que tiene una primera red activa de dos
etapas en cascada 310 y una segunda red activa de dos etapas en
cascada 350, interconectadas con la técnica de realimentación
regenerativa de acoplamiento cruzado descrita anteriormente con
respecto a la figura 5. La primera red activa incluye los cuatro
puertos de señal descritos en la figura 5, a saber un puerto de
entrada de señal 312 conectado a la estructura radiante de entrada
40 (polaridad positiva), un puerto de salida de señal 314 conectado
a una estructura radiante de salida 44, un puerto de entrada de
realimentación 316 y un puerto de salida de realimentación 318.
Igualmente, la segunda red activa 350 incluye un puerto de entrada
de señal 352 conectado a una estructura radiante de entrada 42
(polaridad negativa), un puerto de salida de señal 354 conectado a
una estructura radiante de salida 46, un puerto de entrada de
realimentación 356 y un puerto de salida de realimentación 358.
La primera red incluye un primer dispositivo
activo de tres terminales 330, que tiene un electrodo de control
332, un ánodo 334 y un cátodo 336, y un segundo dispositivo de tres
terminales activo 340, que tiene un electrodo de control 342, un
ánodo, 344 y un cátodo 346. El ánodo 334 del primer dispositivo está
conectado al electrodo de control 342 del segundo dispositivo
mediante una red de acoplamiento Z_{cp1} 338. La segunda red
incluye igualmente un primer dispositivo activo de tres terminales
380, que tiene un electrodo de control 382, un ánodo 384 y un
cátodo 386, y un segundo dispositivo de tres terminales activo 390,
que tiene un electrodo de control 392, un ánodo, 394 y un cátodo
396. El ánodo 384 del primer dispositivo está conectado al electrodo
de control 392 del segundo dispositivo mediante una red de
acoplamiento Z_{cp1} 388.
La realimentación de ganancia regenerativa para
el circuito opera de la siguiente manera: el puerto de salida de
realimentación 358 de la segunda red 350 está conectado al ánodo 384
del primer dispositivo de la segunda red y actúa como un puerto de
acoplamiento entre etapas. Esta señal de realimentación avanza en el
primer recorrido de realimentación 321 a través de puerto de
realimentación Z_{pos} 320 y a puerto de entrada de
realimentación 316 y combina con la señal de entrada 40 en Z_{in}
322 y al electrodo de control 332 de la primera etapa 330 de la
primera red.
La ganancia regenerativa para la segunda red
emplea un esquema complementario a la primera red. El puerto de
salida de realimentación 318 de la primera red 350 está conectado al
ánodo 334 del primer dispositivo de la primera red y actúa como un
puerto de acoplamiento entre etapas. Esta señal de realimentación
avanza en el segundo recorrido de realimentación 361 a través de
puerto de realimentación Z_{pos} 360 y a puerto de entrada de
realimentación 356 y combina con la señal de entrada 42 en Z_{in}
362 y al electrodo de control 382 de la primera etapa 380 de la
segunda red.
Como alternativa a la figura 12, a la red de
realimentación regenerativa shunt-shunt descrita en
unión con las figuras 6 y 8 se le puede incorporar las medias
celdas unitarias polietápicas en cascada del tipo representado en
la figura 10. La figura 13 representa tal celda unitaria 400. En
particular, la primera red activa 410 incluye los cuatro puertos de
señal descritos en la figura 5, a saber un puerto de entrada de
señal 412 conectado a la estructura radiante de entrada 40
(polaridad positiva), un puerto de salida de señal 414 conectado a
una estructura radiante de salida 44, un puerto de entrada de
realimentación 416 y un puerto de salida de realimentación 418.
Igualmente, la segunda red activa 450 incluye un puerto de entrada
de señal 452 conectado a una estructura radiante de entrada 42
(polaridad negativa), un puerto de salida de señal 454 conectado a
una estructura radiante de salida 46, un puerto de entrada de
realimentación 456 y un puerto de salida de realimentación 458.
La primera red 410 incluye un primer dispositivo
activo de tres terminales 430, que tiene un electrodo de control
432, un ánodo 434 y un cátodo 436, y un segundo dispositivo de tres
terminales activo 440, que tiene un electrodo de control 442, un
ánodo, 444 y un cátodo 446. El ánodo 434 del primer dispositivo está
conectado al electrodo de control 442 del segundo dispositivo
mediante una red de acoplamiento 438. Además, el puerto de salida
de señal 414 está conectado al ánodo del segundo dispositivo 444. La
segunda red incluye igualmente un primer dispositivo activo de tres
terminales 480, que tiene un ánodo conectado al electrodo de control
492 del segundo dispositivo mediante una red de acoplamiento Zcp1
488.
La realimentación de ganancia regenerativa para
la primera red está diseñada de la siguiente manera: el puerto de
salida de realimentación 418 está conectado al ánodo 444 del segundo
dispositivo, que, como se señaló, está conectado al puerto de
salida de señal 414. Esta señal de realimentación avanza en el
recorrido de realimentación 421 a través de puerto de
realimentación Z_{pos} 420 y al puerto de entrada de
realimentación 416 de la red y vuelve al electrodo de control 434
del primer dispositivo 430. El diseño de ganancia regenerativa para
la segunda red 450 emplea el mismo circuito.
Esto da lugar a un aumento de la impedancia de
entrada del amplificador entrada (que es beneficioso para
dispositivos típicos) y a una mejora en la adaptación entre los
transistores de etapa primera y segunda.
Habiendo descrito así realizaciones ejemplares
de la invención, será evidente que los expertos en la técnica
pensarán también en otras alteraciones, modificaciones y mejoras.
Además, será evidente que la técnica y el sistema presentes no se
limitan al uso como una técnica para mejorar la ganancia de un
amplificador de rejilla usando las combinaciones de circuito aquí
descritas. Más bien, otras muchas combinaciones serán fácilmente
evidentes a los expertos en la técnica. Por ejemplo, como el diseño
de media celda en cascada de transistores múltiples se diseñó en
las dos tipologías de realimentación regenerativa de la presente
invención, la técnica de cascada descrita en unión con la figura 11
anterior también se puede combinar fácilmente con cualquiera de los
diseños de realimentación aquí detallados (u otros).
Consiguientemente, la invención se define solamente por las
reivindicaciones siguientes.
Claims (19)
1. Un método de mejorar la ganancia de una celda
unitaria (100) de amplificador diferencial de estructura de red de
rejilla cuasióptica incluyendo:
- (a)
- proporcionar una primera red activa (110) movida por una señal de entrada de una magnitud y polaridad dadas, incluyendo la primera red un puerto de entrada de señal (112), un puerto de salida de señal (114), un puerto de entrada de realimentación (116) y un puerto de salida de realimentación (118);
- (b)
- proporcionar una segunda red activa (150) conectada a la primera red, incluyendo la segunda red un puerto de entrada de señal (152), un puerto de salida de señal (154), un puerto de entrada de realimentación (156), y un puerto de salida de realimentación (158), y siendo movida por una señal de entrada que es igual y opuesta a la señal de entrada de la primera red activa;
- (c)
- aplicar al puerto de entrada de realimentación de la primera red activa, mediante un recorrido de realimentación, una señal de refuerzo derivada del puerto de salida de realimentación en una de las redes activas de la celda unitaria; y
- (d)
- aplicar al puerto de entrada de realimentación de la segunda red activa, mediante un recorrido de realimentación, una señal de refuerzo derivada del puerto de salida de realimentación en la otra de las redes activas de la celda unitaria.
2. El método de la reivindicación 1, donde cada
uno de los recorridos de alimentación incluye una red de
realimentación sustancialmente idéntica que tiene una función de
transferencia que hace que la señal de refuerzo aplicada a cada red
se añada de forma constructiva a la señal de entrada aplicada a esa
red dentro del rango de frecuencia de interés.
3. El método de la reivindicación 2, donde
la señal de refuerzo aplicada al puerto de
entrada de realimentación de la primera red es derivada del puerto
de salida de realimentación de la segunda red, y
la señal de refuerzo aplicada al puerto de
entrada de realimentación de la segunda red es derivada del puerto
de salida de realimentación de la primera red.
4. El método de la reivindicación 3, donde el
puerto de entrada de realimentación de cada red está conectado
internamente al puerto de entrada de señal de esa red y el puerto de
salida de realimentación de cada red está conectado internamente al
puerto de salida de señal de esa red.
5. El método de la reivindicación 1, donde
la señal de refuerzo aplicada al puerto de
entrada de realimentación de la primera red es derivada del puerto
de salida de realimentación de la primera red, y
la señal de refuerzo aplicada al puerto de
entrada de realimentación de la segunda red es derivada del puerto
de salida de realimentación de la segunda red.
6. El método de la reivindicación 5, donde el
recorrido de realimentación de cada red incluye una red de
realimentación sustancialmente idéntica y la señal de refuerzo
aplicada al puerto de entrada de realimentación es derivada
mediante una combinación de un desplazamiento de fase dependiente de
frecuencia de la red activa y un desplazamiento de fase dependiente
de frecuencia adicional de la red de realimentación.
7. El método de la reivindicación 6, donde
el puerto de entrada de realimentación de cada
red está conectado internamente al puerto de entrada de señal de
esa red, y el puerto de salida de realimentación de cada red está
conectado internamente al puerto de salida de señal de esa red.
8. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, incluyendo además proporcionar al menos dos
etapas de amplificación activas acopladas en cada una de las redes
activas primera y segunda para amplificar una señal recibida en el
puerto de entrada.
9. Una celda unitaria diferencial (100a) de red
de rejilla cuasióptica, incluyendo:
- (a)
- una primera red activa (110a) que tiene un puerto de entrada de señal (112a), una primera etapa de amplificación, un puerto de salida de señal (114a), un puerto de salida de realimentación (118a), un puerto de entrada de realimentación (116a) y un puerto de referencia (119a);
- (b)
- una segunda red activa (150a) sustancialmente idéntica a la primera red activa y que tiene un puerto de entrada de señal (152a), una segunda etapa de amplificación, un puerto de salida de señal (154a), un puerto de salida de realimentación (158a), un puerto de entrada de realimentación (156a) y un puerto de referencia (159a), estando conectada la segunda red a la primera red mediante los puertos de referencia;
- (c)
- un primer recorrido de señal de refuerzo (162a) que conecta el puerto de entrada de realimentación de la primera red (116a) con el puerto de salida de realimentación de la segunda red (158a); y
- (d)
- un segundo recorrido de señal de refuerzo (172a) que conecta el puerto de entrada de realimentación de la segunda red (156a) con el puerto de salida de realimentación de la primera red (118a).
10. Una celda unitaria diferencial (100b) de red
de rejilla cuasióptica, incluyendo:
- (a)
- una primera red activa (110b) que tiene un puerto de entrada de señal (112b), una primera etapa de amplificación, un puerto de salida de señal (114b), un puerto de salida de realimentación (118b), un puerto de entrada de realimentación (116b) y un puerto de referencia (119b);
- (b)
- una segunda red activa (159b) sustancialmente idéntica a la primera red activa y que tiene un puerto de entrada de señal (156b), una segunda etapa de amplificación, un puerto de salida de señal (154b), un puerto de salida de realimentación (158b), un puerto de entrada de realimentación (156b) y un puerto de referencia (159b), estando conectada la segunda red a la primera red mediante los puertos de referencia;
- (c)
- un primer recorrido de señal de refuerzo (162b) que conecta el puerto de entrada de realimentación de la primera red (116b) con el puerto de salida de realimentación de la primera red (118b); y
- (d)
- un segundo recorrido de señal de refuerzo (172b) que conecta el puerto de entrada de realimentación de la segunda red (156b) con el puerto de salida de realimentación de la segunda red (158b).
11. La celda unitaria de la reivindicación 9 o
10, donde cada uno de los dos recorridos de refuerzo incluye una
red de realimentación (160a, 160b, 170a, 170b).
12. La celda unitaria de la reivindicación 11,
donde la primera red activa incluye una segunda etapa de
amplificación (204) conectada a la primera etapa de amplificación
(202) mediante una red de impedancia de acoplamiento (206) y la
segunda red activa incluye una segunda etapa de amplificación (204)
conectada a la primera etapa de amplificación (202) mediante una
red de impedancia de acoplamiento (206).
13. La celda unitaria diferencial de la
reivindicación 9 donde:
- (a)
- la primera red activa (110a) incluye un primer dispositivo activo de tres terminales (110a) que tiene un electrodo de control (132a) conectado al puerto de entrada de la primera red activa (112a), un ánodo (133a) conectado al puerto de salida de la primera red activa (114a) y un cátodo (134a); y
- (b)
- la segunda red activa (150a) incluye un segundo dispositivo activo de tres terminales (180a) que tiene un electrodo de control (182a) conectado al puerto de entrada de la segunda red activa (152a), un ánodo (183a) conectado al puerto de salida de la segunda red activa (154a) y un cátodo (184a) conectado al cátodo del primer dispositivo activo (134a) en una configuración de par diferencial;
- (c)
- donde el ánodo del primer dispositivo activo (133a) está conectado al electrodo de control del segundo dispositivo activo (182a) a través de una primera red de realimentación regenerativa (170a) y el ánodo del segundo dispositivo activo (183a) está conectado al electrodo de control del primer dispositivo activo (132a) a través de una segunda red de realimentación regenerativa (160a); y
- (d)
- donde la señal de entrada en el puerto de entrada de la segunda red activa (152a) es igual y opuesta a la señal de entrada en el puerto de entrada de la primera red activa (112a).
14. La celda unitaria de la reivindicación 10,
donde:
- (a)
- la primera red activa (110b) incluye un primer dispositivo activo de tres terminales (130b) que tiene un electrodo de control (132b) conectado al puerto de entrada de la primera red activa (112b), un ánodo (133b) conectado al puerto de salida de la primera red activa (114b) y un cátodo (134b); y
- (b)
- la segunda red activa (150b) incluye un segundo dispositivo activo de tres terminales (180b) que tiene un electrodo de control (182b) conectado al puerto de entrada de la segunda red activa (152b), un ánodo (183b) conectado al puerto de salida de la segunda red activa (154b) y un cátodo (184b) conectado al cátodo del primer dispositivo activo (134b);
\newpage
- (c)
- donde el ánodo del primer dispositivo activo (133b) está conectado al electrodo de control del primer dispositivo activo (132b) a través de una primera red de realimentación regenerativa (160b) en una configuración de par diferencial, y
- el ánodo del segundo dispositivo activo (183b) está conectado al electrodo de control del segundo dispositivo activo (182b) a través de una segunda red de realimentación regenerativa (170b); y
- (d)
- donde la señal de entrada en el puerto de entrada de la segunda red activa (152b) es igual y opuesta a la señal de entrada en el puerto de entrada de la primera red activa (112b).
15. La celda unitaria de la reivindicación 9,
donde:
- (a)
- la primera red activa (310) incluye:
- (i)
- un primer dispositivo activo de tres terminales (330) que tiene un electrodo de control (332) conectado al puerto de entrada de señal de la red activa (312), un ánodo (334) y cátodo (336), y
- (ii)
- un segundo dispositivo activo de tres terminales (340) que tiene un electrodo de control (342) internamente conectado al ánodo del primer dispositivo activo (334) mediante una red de impedancia de acoplamiento (338), un ánodo (344) conectado al puerto de salida de señal de la red activa (314), y un cátodo (346) conectado al cátodo del primer dispositivo activo (336);
- (b)
- la segunda red activa (350) incluye
- (i)
- un primer dispositivo activo de tres terminales (380) que tiene un electrodo de control (382) conectado al puerto de entrada de señal de la segunda red activa (352), un ánodo (384) y un cátodo (386), y
- (ii)
- un segundo dispositivo activo de tres terminales (390) que tiene un electrodo de control (392) internamente conectado al ánodo del primer dispositivo activo (384) mediante una red de impedancia de acoplamiento (388), un ánodo (394) conectado al puerto de salida de señal de la segunda red activa (354), y un cátodo (396) conectado a los cátodos de los dispositivos activos primero y segundo de la primera red activa (336, 346) y un primer dispositivo activo de la segunda red activa (386);
- (c)
- un primer recorrido de señal de refuerzo (321) conecta el puerto de salida de realimentación de la segunda red activa (358) al puerto de entrada de realimentación de la primera red activa (316) mediante una primera red de realimentación (320); y
- (d)
- un segundo recorrido de señal de refuerzo (361) conecta el puerto de salida de realimentación de la primera red activa (318) al puerto de entrada de realimentación de la segunda red activa (356) mediante una segunda red de realimentación (360),
- (e)
- donde el puerto de salida de realimentación de la primera red activa (318) está conectado internamente al ánodo del primer dispositivo activo de la primera red activa (334), el puerto de entrada de realimentación de la primera red activa (316) está conectado internamente al electrodo de control del primer dispositivo activo de la primera red activa (332), el puerto de salida de realimentación de la segunda red activa (358) está conectado internamente al ánodo del primer dispositivo activo de la segunda red activa (384), y el puerto de entrada de realimentación de la segunda red activa (356) está conectado internamente al electrodo de control del primer dispositivo activo de la segunda red activa (382); y
- (f)
- donde la señal de entrada en el puerto de entrada de la segunda red activa (352) es igual y opuesta a la señal de entrada en el puerto de entrada de la primera red activa (312).
16. La celda unitaria de la reivindicación 10,
donde:
- (a)
- la primera red activa (410) incluye:
- (i)
- un primer dispositivo activo de tres terminales (430) que tiene un electrodo de control (432) conectado al puerto de entrada de señal de la primera red activa (412), un ánodo (434) y un cátodo (436), y
- (ii)
- un segundo dispositivo activo de tres terminales (440) que tiene un electrodo de control (442) internamente conectado al ánodo del primer dispositivo activo (434) mediante una red de impedancia de acoplamiento (438), un ánodo (444) conectado al puerto de salida de señal de la primera red activa (414), y un cátodo (446) conectado al cátodo del primer dispositivo activo (436);
- (b)
- la segunda red activa (450) incluye:
- (i)
- un primer dispositivo activo de tres terminales (480) que tiene un electrodo de control (482) conectado al puerto de entrada de señal de la segunda red activa (452), un ánodo (482) y un cátodo (486), y
- (ii)
- un segundo dispositivo activo de tres terminales (490) que tiene un electrodo de control (492) internamente conectado al ánodo del primer dispositivo activo (482) mediante una red de impedancia de acoplamiento (488), un ánodo (494) conectado al puerto de salida de señal de la segunda red activa (454), y un cátodo (496) conectado a los cátodos de los dispositivos activos primero y segundo de la primera red activa (436, 446) y el primer dispositivo activo de la segunda red activa (486);
- (c)
- un primer recorrido de señal de refuerzo (421) conecta el puerto de salida de realimentación de la primera red activa (418) al puerto de entrada de realimentación de la primera red activa (416) mediante una primera red de realimentación (420); y
- (d)
- un segundo recorrido de señal de refuerzo conecta el puerto de salida de realimentación de la segunda red activa (458) al puerto de entrada de realimentación de la segunda red activa (456) mediante una segunda red de realimentación (460);
- (e)
- donde el puerto de salida de realimentación de la primera red activa (418) está conectado internamente al ánodo del segundo dispositivo activo de la primera red activa (444), el puerto de entrada de realimentación de la primera red activa (416) está conectado internamente al ánodo del primer dispositivo activo de la primera red activa (434), el segundo puerto de salida de realimentación (458) está conectado internamente al ánodo del segundo dispositivo activo de la segunda red activa (494), y el puerto de entrada de realimentación de la segunda red activa (456) está conectado internamente al ánodo del primer dispositivo activo de la segunda red activa (482); y
- (f)
- donde la señal de entrada en el puerto de entrada de la segunda red activa (452) es igual y opuesta a la señal de entrada en el puerto de entrada de la primera red activa (412).
17. La celda unitaria de la reivindicación 9 o
10, donde ambas redes activas primera y segunda incluyen una
segunda etapa de amplificación, incluyendo cada etapa de
amplificación al menos un dispositivo activo de tres terminales que
tiene un cátodo, un ánodo y un electrodo de control.
18. La celda unitaria de la reivindicación 17,
donde dentro de la primera red
el electrodo de control (224) del dispositivo
activo de la primera etapa de amplificación (220) está conectado al
puerto de entrada de la red,
el ánodo (232) del dispositivo activo de la
segunda etapa de amplificación (230) está conectado al puerto de
salida de la red, y
el ánodo del dispositivo activo de la primera
etapa de amplificación (222) está conectado al electrodo de control
del dispositivo activo de la segunda etapa de amplificación (234) a
través de una red de impedancia de acoplamiento (212).
19. La celda unitaria de la reivindicación 17,
donde dentro de la primera red,
el electrodo de control (274) del primer
dispositivo activo (270) está conectado al puerto de entrada,
el cátodo (276) del primer dispositivo activo
está conectado al puerto de referencia, y
el ánodo (272) del primer dispositivo está
acoplado al cátodo (266) del segundo dispositivo (260) a través de
una red de impedancia (252); y
el terminal de control (264) del segundo
dispositivo (260) está conectado a un voltaje de polarización a
través de una red de impedancia (254).
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