New simulation methods and global stability analysis of nonlinear microwave circuits

Abstract

RESUMEN: Esta tesis doctoral presenta una nueva metodología para un análisis preciso y eficiente de circuitos de alta frecuencia con curvas de solución multivaluadas en presencia de una señal de forzamiento. Su principal característica es una resolución externa respecto de la simulación de balance armónico. El procedimiento es compatible con los simuladores comerciales y no requiere ni optimización ni la aplicación del método de intercambio de parámetros. El lugar del punto de retorno y el ancho de banda de sincronización se obtienen de manera efectiva, así como el lugar de la bifurcación de Hopf. Por otro lado, esta tesis presenta un análisis de estabilidad de los modos de oscilación en osciladores en anillo, tanto en régimen de operación libre como sincronizado. A su vez se estudian en profundidad los fenómenos de histéresis y oscilación en amplificadores de potencia. Esto permite transformar el amplificador de potencia en un oscilador de potencia de alta eficiencia.

ABSTRACT: This dissertation presents a new methodology for an accurate and efficient analysis of nonlinear microwave circuits featuring multivalued solution curves in the presence of a driving signal. The main feature is an external resolution with respect to the harmonic-balance simulation. The procedure is compatible with commercial harmonic-balance simulators and does not require optimization or the application of parameter switching. The turning point locus and the synchronization bandwidth are effectively determined, as well as the Hopf bifurcation. On the other hand, this thesis presents an in-depth stability analysis of oscillation modes in ring oscillators, in free-running and in injection-locked operation. In turn, hysteresis and oscillation phenomena in power amplifiers are studied in-depth. This allows to transform the power amplifier into a high efficiency power oscillator.