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Introduccion a Dispositivos Activos deMicroondas

Transmision por Soporte Fısico

Luis E. Garcıa Castillo

Circuitos Activos de Microondas

❑ Ejemplos de sistemas de microondas:

➫ Ctos activos (detectores, mezcladores, amplificadores, oscilado-

res) y de control (conmutadores, atenuadores, limitadores)

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Detectores y Mezcladores

❑ Rectificacion:

❑ Demodulacion:

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❑ Mezclado:

Mezclador simple:

Mezclador balanceado:

➫ Cancelacion de terminos de ruido de amplitud de primer or-

den

➫ Mejora de SWR (hıbrido 90◦)

➫ Mejora de aislamiento RF/OL (hıbrido 180◦)

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• Mezclador doblemente balanceado:

➫ Supresion de armonicos pares de OL y RF

• Mezclador con rechazo de f imagen:

Vr = VU cos(w0 + wi)t+ vL cos(w0 − wi)t

v1 ∝ vL coswit

v2 ∝ vU sinwit

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✌ Comparativa tipos de mezcladores

NOTA: Tambien existen mezcladores con transistor como ele-

mento no lineal⇒ ganancia de conversion

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Circuitos de Conmutacion y Control

Generalmente se usan diodos (de tipo PIN) aunque tambien se emplean

FETs

❑ Conmutadores:

• SPST (single pole single throw)

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• SPDT (single pole double throw)

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❑ Atenuadores variables:

Diodo como resistencia controlada por tension

R =2G

1−G2⇒ Adaptacion a la lınea

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❑ Atenuadores digitales:

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❑ Desfasadores digitales:

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Amplificadores

❑ Amplificador con TRT:

Pin

Pout

❑ Amplificador de resistencia negativa:

Dispositivo de resistencia negativa: diodo (o TRT en zona inestable)

❑ Tubo de microndas amplificador:

PoutPin Tubo de microondas

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Osciladores

❑ Oscilador con dispositivo de una puerta:

PoutCircuito

Resonante

DispositivoResistencia Negativa

|ρ| > 1

Dispositivo de resistencia negativa: diodo (o TRT en zona inestable)

❑ Oscilador con dispositivo de dos puertas:

❑ Tubo de microndas oscilador:

PoutTubo de microondas

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Dispositivos Activos

• Estado solido

– Diodos

∗ Gunn

∗ IMPATT

∗ PIN

– Transistores

∗ MESFET

∗ HEMT

∗ Bipolar

∗ HBT

• Tubos

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Diodo Gunn

Es un dispositivo de transferencia de electrones fenomeno observado

por J. B. Gunn en 1963:

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Diodo IMPATT

IMPATT: IMPact ionization Avalanche Transit Time:

4φ voltaje-corriente > 90◦⇒ R negativa

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Diodos Gunn e IMPATT

• Aplicaciones

– Osciladores

– Amplificadores a reflexion

• Comparativa

– Ruido: Gunn menos ruido que IMPATT

– Potencia: IMPATT mas potencia que Gunn

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Diodo PIN

Diodo convencional (union pn) al que se la ha insertado zona i:

ip n+ +

➫ capacidad de union baja

➫ linealidad de R con corriente en directa

Aplicaciones:

– resistencia variable⇒ atenuadores variable, moduladores, nive-

ladores, etc

– Estados de alta y baja impedancia⇒ conmutadores

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Transistor MESFET

MESFET: MEtal Semiconductor Field Effect Transistor

• Es con mucho el mas empleado en aplificadores, osciladores, con-

mutadores, bloque basico en MMICs, etc., en la banda de 4-50 GHz

• Se fabrica en AsGa y de tipo N

• Como FET, el MESFET posee un mecanismo de conductividad con-

trolada por voltaje

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• Cto equivalente:

• fmax ∝1

Lgate

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Transistor Bipolar (BJT)

• Se usan del tipo NPN sobre Si (silicio) en la banda de 2-4 GHz

debido a su bajo coste que aprovecha la madurez de la tecnologıa

de Si

• Conductividad controlada por corriente de base

• Circuito equivalente:

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Heteroestructuras

Heteroestructuras: uniones de semiconductores de diversas composicio-

nes→ ingenierıa de bandas

❑ HEMT: High Electron Mobility Transistor:

– HEMT es un transistor de efecto de campo que hace uso de

heteroestructuras

– Ventajas de HEMTs

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❑ HBT: Heterojunction Bipolar Transistor:

– HBT es un transistor bipolar modificado que hace uso de hete-

roestructuras

– Ventajas sobre BJTs de silicio

– Ventajas sobre MESFETs

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Referencias

K. Chang, Microwave solid-state circuits and applications, John Wiley

& Sons Inc., 1994.

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