Desarrollo de un prototipo de generación de RF para caracterización de antenas en procesos de hipertermia
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2024-11
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Resumen
En el desarrollo de este trabajo se describe el proceso de diseño y simulación de un generador de radio frecuencia para caracterización de antenas en procesos de hipertermia, el cual fue dividido en tres (3) módulos; Alimentación, oscilación y amplificación. En el proceso de alimentación se implementó el diseño y simulación de la fuente DC compuesta por 4 salidas para lograr alimentar cada uno de los elementos que componen el generador de señales y que entrega voltajes de 3.3 VDC, 5 VDC, 12 VDC y una salida de tensión variable entre 0 y 30 VDC. De igual forma se logró realizar el diseño del segundo módulo que corresponde al oscilador utilizando los conceptos de sintetizador de señales, Oscilador controlado por voltaje (VCO) y lazo de seguimiento de fase (PLL), en donde se obtuvo una onda de radiofrecuencia de un solo tono en la frecuencia requerida por el proyecto de 910 MHz y 2450 MHz a una potencia aproximada de 6 dBm para las frecuencias de interés. Para el tercer módulo se realizó el diseño y simulación de un amplificador de potencia de radiofrecuencia que consistió en dos etapas, la primera que corresponde al preamplificador o amplificador de pequeña señal que se encarga de elevar la potencia de la frecuencia fundamental a un valor adecuado para la entrada de la etapa mayor potencia, la cual finalmente alcanza valores por encima de los 10 W. Finalmente se realizó la integración de los módulos en una simulación logrando que todas ellas funcionaran de manera acorde a lo requerido en el proyecto en cuanto a potencia de salida, ruido y rango de frecuencia de funcionamiento y contemplando los filtros necesarios y ubicados entre los módulos para atenuar los armónicos generados a lo largo de las diferentes etapas que componen el generador. Como resultado el generador diseñado puede entregar una señal de 910 MHz y 2.45 GHz de un solo tono, con una potencia ajustable con valor máximo de 10 W.
Descripción
Abstract
In the development of this document, the design and simulation process of a radio frequency generator for antenna characterization in hyperthermia processes is described, which was divided into three (3) modules: Power, oscillation and amplification. In the power stage, the design and simulation of the DC source composed of 4 outputs was implemented to power each of the elements that make up the signal generator, this stage delivers voltages of 3.3 VDC, 5 VDC, 12 VDC and a variable voltage output between 0 and 30 VDC. In the same way, it was possible to design the second module that corresponds to the oscillator using the concepts of signal synthesizer, voltage-controlled oscillator (VCO) and phase locked loop (PLL), where a single-tone radio frequency wave was obtained at the frequency required by the project of 910 MHz and 2450 MHz at an approximate power of 6 dBm for the frequencies of interest. For the third module, the design and simulation of a radio frequency power amplifier was carried out, which consisted of two stages, the first corresponding to the preamplifier or small signal amplifier that is responsible for raising the power of the fundamental frequency to a value suitable for the input of the higher power stage. which finally reaches values above 10 W. Finally, the integration of the modules was carried out in a simulation, achieving that all of them worked in accordance with what was required in the project in terms of output power, noise and operating frequency range and contemplating the necessary filters located between the modules to attenuate the harmonics generated throughout the different stages that make up the generator. As a result, the designed generator can deliver a signal of 910 MHz and 2.45 GHz of a single tone, with an adjustable power with a maximum value of 10 W.
Palabras clave
Oscilador controlado por voltaje (VCO), Amplificador de pequeña señal RF, Amplificador de potencia de RF, Hipertermia, Lazo de seguimiento de fase (PLL)
Keywords
Voltage-controlled oscillator (VCO), RF small signal amplifier, RF Power amplifier, Hyperthermia, Phase-locked loop (PLL)