DISEÑO DE UN TRIPLICADOR DE FRECUENCIA DE 35 A 105 GHZ BASADO EN DIODOS SCHOTTKY PARA APLICACIONES EN RADIOASTRONOMÍA

Transcripción

1 Grupo de Instrumentación Astronómica Laboratorio de Ondas Milimétricas Universidad de Chile DISEÑO DE UN TRIPLICADOR DE FRECUENCIA DE 35 A 105 GHZ BASADO EN DIODOS SCHOTTKY PARA APLICACIONES EN RADIOASTRONOMÍA David Monasterio L. Patricio Mena M. Rafael Rodríguez O. Nicolás Reyes G.

2 CONTENIDO Introducción Diseño de los elementos Integración Conclusiones y trabajo futuro 2

3 INTRODUCCIÓN Motivaciones Generales Creación de osciladores locales Construcción de instrumentos que requieran señales de referencia en altas frecuencias Motivaciones Específicas Tener una fuente adicional que opere sobre los 100 GHz Hacer una pauta de diseño para elementos de este tipo Objetivo Diseñar un triplicador de frecuencia basado en diodos Schottky, cuya señal de entrada esté en el rango de frecuencia entre GHz 3

4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO I (b) I (c) v t (a) t + = = + ( )+ (2 )+ (3 )+ 4

5 DISEÑO PROPUESTO Guía de onda Límite de frecuencia [GHz] WR-28 26,5 a 40 WR a 110 5

6 DIODO SCHOTTKY ELEGIDO DBES105A de UMS Símbolo Valor 4.4Ω

7 FILTRO PASA-BAJO 0-1 MWO HFSS 0-10 MWO HFSS Atenuación (db) Atenuación (db) Frecuencia (GHz) Transmisiones Frecuencia (GHz) Reflexiones 7

8 FILTRO PASA-BANDA Atenuación (db) Atenuación (db) MWO HFSS Modificado Frecuencia (GHz) Transmisiones -35 MWO HFSS Modificado Frecuencia (GHz) Reflexiones 8

9 TRANSICIÓN DE GUÍA DE ONDA A MICROCINTA Sustrato Guía de Onda Transmisiones Reflexiones Transmisiones Reflexiones Atenuación (db) Atenuación (db) Frecuencia (GHz) Baja Frecuencia Frecuencia (GHz) Alta Frecuencia 9

10 JUNTURA ENTRE ELEMENTOS 10

11 INTEGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE DISEÑO Modelo en MWO BESDIODE ID=D3 Wu=0.005 mm drs=1 dnis=1 DCj1=1 1 2 BESDIODE ID=D1 Wu=0.005 mm drs=1 dnis=1 DCj1=1 1 PORT1 SUBCKT SUBCKT P=1 ID=S5 ID=S2 Z=50 OhmNET="Antena 90 a 120 GHz" NET="Filtro Pasabajo" Pwr=20 dbm SUBCKT ID=S3 NET="Union 40 GHz" 2 2 SUBCKT SUBCKT ID=S6 ID=S1 NET="Union 120 GHz" NET="Filtro Pasabanda" SUBCKT ID=S4 NET="Antena 30 a 40 GHz" PORT P=2 Z=50 Ohm 1 2 BESDIODE ID=D2 Wu=0.005 mm drs=1 dnis=1 DCj1=1 1 2 BESDIODE ID=D4 Wu=0.005 mm drs=1 dnis=1 DCj1=1 11

12 RESULTADOS EN MWO ta Armónica 4ta Armónica 3ra Armónica 2da Armónica Potencia(dBm) ta Armónica 4ta Armónica 3ra Armónica 2da Armónica 1ra Armónica Frecuencia Frecuencia (GHz) (GHz) Potencia de salida en todas las armónicas Potencia(dBm) Frecuencia (GHz) Potencia de salida en la 3ra armónica 12

13 MODELO MECÁNICO Split Block Modelo en Top Solid 13

14 CONCLUSIONES Se obtuvo un ancho de banda efectivo de multiplicación de 30 a 39.7 GHz con una eficiencia promedio superior al 2% para una potencia de entrada de 20 [dbm] La conexión antiparalela eliminó parcialmente la 2da y 4ta armónica. Se propuso una metodología de diseño que utiliza en forma complementaria HFSS y MWO La eficiencia del triplicador hace necesaria la incorporación de un amplificador de potencia La metodología empleada es adecuada para diseñar elementos de este tipo, por lo que puede servir como pauta para futuros diseños 14

15 TRABAJO FUTURO Crear un circuito de prueba para los diodos, de forma de estudiar su comportamiento eléctrico y térmico. Caracterizar el comportamiento térmico del triplicador e incorporar en el diseño un disipador de temperatura adecuado Una vez construidos los elementos en la microcinta, verificar que el modelo mecánico en Top Solid cumpla con las dimensiones reales de la microcinta Construir el primer prototipo del triplicador 15

16 Grupo de Instrumentación Astronómica Laboratorio de Ondas Milimétricas Universidad de Chile DISEÑO DE UN TRIPLICADOR DE FRECUENCIA DE 35 A 105 GHZ BASADO EN DIODOS SCHOTTKY PARA APLICACIONES EN RADIOASTRONOMÍA David Monasterio L. Patricio Mena M. Rafael Rodríguez O. Nicolás Reyes G.