Future Work

Los amplificadores de estado sólido para altas frecuencias son utilizados para aplicaciones de media y baja potencia. Los circuitos como los bulbos son empleados en la parte final de la etapa de salida de los transistores de potencia.

Las características, el comportamiento, el desempeñó y la construcción son diferentes para cada tipo de amplificadores, de entre los cuales se pueden mencionar a los BJT (Bipolar Juction Transistor) y a los FET (Field Effect Transistor) entre otros. Se ha comprobado que los transistores a frecuencias altas, se describen de una manera más acertada si estos están caracterizados por parámetros S(Jiménez, 2001).

1.5.1 Características de los Amplificadores

En general, los amplificadores presentan características que describen su funcionamiento y limitaciones en una banda de frecuencia. Las características de los amplificadores pueden ser descritas en función de múltiples parámetros y dependiendo de la aplicación a la que esté enfocado.

Las características de los amplificadores de bajo ruido (LNA) se mencionan a continuación(Jiménez, 2001).

 Ganancia, que está definida por la potencia de salida y de entrada del sistema.

𝐺 =𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛

 Eficiencia, la cual está definida por:

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑑𝑐𝑖𝑛 + 𝑃𝑖𝑛

Donde 𝑃_{𝑑𝑐𝑖𝑛} es la potencia del amplificador en dc.

 Ancho de banda, definido por:

𝐵𝑊 = 𝑓_𝐻− 𝑓_𝐿

Donde:

𝑓𝐻es el límite en frecuencia más alto de operación. 𝑓_𝐿es el límite en frecuencia más bajo de operación.

1.5.2 Transistores de alta frecuencia

Los transistores Bipolares son ampliamente utilizados en el espectro de las radio frecuencias (RF). Actualmente, con las innovaciones en los transistores de efecto de campo y las mejoras en frecuencia de los BJT, ambos transistores pueden ser utilizados para aplicaciones, tanto de baja potencia y alta frecuencia como alta potencia y baja frecuencia. Las razones por las cuales es más utilizado el BJT son básicamente por su bajo costo de fabricación.

Existen muchos tipos de BJT construidos para aplicaciones específicas y de propósito general, transistores de para bajas y altas frecuencias.

Para las aplicaciones de altas frecuencias existen transistores de propósito general y transistores con funciones y características específicas, así como transistores de banda angosta y de banda ancha. Además de las características de las bandas de operación del transistor, otra importante consiste en la inmunidad al ruido que presenten. Los transistores de bajo ruido por su construcción no incrementan el ruido en el sistema en el que operan, aunado a esto su figura de ruido puede ser mejorada con una adecuada red de acoplamiento. Los transistores bipolares tienen tres terminales, debido a esto, se puede aplicar señal a una de estas terminales y tomar otra como salida, dejando la tercera terminal común o a tierra, lo cual permite tres posibles configuraciones(Jiménez, 2001):

 Amplificador Base Común (ABC)

La señal de entrada se aplica al emisor, la señal de salida se toma del colector y la base se conecta a tierra.

 Amplificador Emisor Común (AEC)

La señal de entrada se aplica a la base, la señal de salida se toma del colector y el emisor se conecta a tierra.

 Amplificador Colector Común (ACC)

La señal de entrada se aplica a la base, la señal de salida se toma del emisor y el colector se conecta a tierra.

1.5.3 Circuitos Integrados Monolíticos de Microondas

El circuito integrado monolítico de microondas (MMIC) es un tipo de dispositivo del circuito integrado (IC) en el cual todos los elementos activos y pasivos del circuito son fabricados en el mismo sustrato de semiconductor, como arseniuro de galio (GaAs). Otros materiales que pueden ser utilizados como sustratos son alúmina, ferrita y berilio. Los sustratos ideales tienen constante dieléctrica alta, pureza alta y constante espesor, factor bajo de disipación o pérdida contigua y alta conductividad térmica. El dispositivo funciona en el alcance de frecuencia de microondas de 300 MHz para 300 GHz.

El MMIC es un dispositivo cuyo circuito equivalente se puede ver en la figura 1.9. Se caracteriza por un gran ancho de banda, que en algunos tipos puede llegar hasta 8 GHz o superior y una ganancia muy constante a lo largo de todo el margen de frecuencias. A esto se añade una gran estabilidad y una circuitería muy sencilla, pues basta una resistencia y dos condensadores para su funcionamiento.

En las figuras 1.10 se puede ver el encapsulado de estos dispositivos, que tienen un tamaño muy pequeño, aproximadamente dos milímetros de diámetro, en este caso se muestra el MAR-3. El terminal de entrada está identificado por un punto de color o blanco, según el fabricante. Este terminal está cortado de forma inclinada para una mejor identificación. El terminal de salida es el opuesto al de entrada y los otros dos terminales se conectan a tierra.

Fig. 1.10. Encapsulado.

En otros tipos, por ejemplo de la serie MAV, el terminal marcado con un punto de color es el terminal de salida y el tamaño de la cápsula es mayor, unos cuatro milímetros(Pérez, 2012).

1.5.4 Ventajas y desventajas de los MMIC

Posiblemente la principal ventaja de los MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuits) para soluciones discretas sea que con esta tecnología se consigue una figura de ruido menor. Otra gran ventaja es la combinación de funciones multicircuitales sin necesidad de interconexión cableada, lo que permite la producción de líneas microcinta compactas.

Además las ventajas de MMIC’s incluyen costo bajo de producción, tamaño pequeño y peso ligero, fiabilidad, función de reproducibilidad buena, de banda ancha y capacidad de producción en masa.

En la tecnología MMIC, tanto los componentes activos como los pasivos son creados en el propio sustrato, con lo que reduce en gran medida el tamaño del circuito y los problemas que tenía la tecnología MIC o híbrida.

Sin embargo, estas soluciones discretas tienen también sus propias desventajas, especialmente en las aplicaciones portátiles modernas con circuitería compactada y períodos de implantación en el mercado muy cortos. Otra desventaja es que una vez creado el circuito es muy poco ajustable, la mayoría de sus características de funcionamiento no son modificables, por lo que el proceso de diseño ha de ser muy exhaustivo y requiere modelos precisos de física y química para elementos activos y pasivos. Dicho proceso requiere de programas software que permitan sintetizar, analizar y perfilar circuitos lineales y no lineales.

Es por eso que muchos fabricantes poseen “bibliotecas” con modelos existentes, que permiten al diseñador de MMIC saber la actuación esperada por parte de un dispositivo sin tener que caracterizarlo experimentalmente.

Se podrían resumir los beneficios y mejoras de la figura de ruido con las siguientes especificaciones típicas de este tipo de circuitos integrados:

 Mayor linealidad y bajo ruido.

 La integración del circuito de corriente, el cual simplifica el diseño de la red de acoplamiento.

 Realimentación interna, la cual facilita la adaptación de impedancias a lo largo de un ancho de banda mayor.

 Estabilidad incondicional a lo largo de un mayor rango de frecuencias

 El modo de ganancia FET requiere solo una toma positiva.

Todos estos beneficios se traducen en un circuito compacto con un ciclo de diseño menor si se compara con su aproximación discreta, lo cual los hace más apropiados para soluciones portátiles con limitaciones de espacio.

Las características de los sistemas que operan en las bandas de RF y Microondas pueden ser optimizadas mediante la integración de componentes en MMIC. Es corriente usar componentes que no pertenezcan a esta familia pero a costa de aumentar la complejidad y el coste del diseño. El uso de componentes MMIC es un medio rápido y

efectivo en coste. Sin embargo cuando se trata de diseñar MMIC’s a medida hay que tener en cuenta que su coste y tiempo de desarrollo son importantes por lo que solo en casos de grandes series o en aplicaciones especiales como en espacio, es aconsejable.

Mediante el uso de soluciones MMIC a medida se pueden mejorar las características del sistema, así como la funcionalidad y fiabilidad. Además se reduce el número de componentes, el tamaño del circuito, peso y consumo de potencia, así como los tiempos de ensamblado(Pérez, 2012).