RF MEMS

The RF MEMS acronym stands for radio frequency microelectromechanical system, and refers to components of which moving sub-millimeter-sized parts provide RF functionality. RF functionality can be implemented using a variety of RF technologies. Besides RF MEMS technology, ferrite, ferroelectric, GaAs, GaN, InP, RF CMOS, SiC, and SiGe technology are available to the RF designer. Each of the RF technologies offers a distinct trade-off between cost, frequency, gain, large scale integration, lifetime, linearity, noise figure, packaging, power consumption, power handling, reliability, repeatability, ruggedness, size, supply voltage, switching time and weight.

Components

There are various types of RF MEMS components, such as RF MEMS resonators and self-sustained oscillators with low phase noise, RF MEMS tunable inductors, and RF MEMS switches, switched capacitors and varactors.

Resonators

More to come.

Switches, switched capacitors and varactors

RF MEMS switches, switched capacitors and varactors, which can replace field effect transistor (FET) switches and PIN diodes, are classified by actuation method (electrostatic, electrothermal, magnetic, piezoelectric), by axis of deflection (laterally, vertically), by circuit configuration (series, shunt), by clamp configuration (cantilever, fixed-fixed beam), or by contact interface (capacitive, ohmic). Electrostatically-actuated RF MEMS components offer low insertion loss and high isolation, high linearity, high power handling and high Q factor, do not consume power, but require a high supply voltage and hermetic wafer level packaging (WLP) (anodic or glas frit wafer bonding) or single chip packaging (SCP) (thin film capping, liquid crystal polymer (LCP) or low temperature co-fired ceramic (LTCC) packaging).

RF MEMS switches were pioneered by Hughes Research Laboratories, Malibu, CA, Raytheon, Dallas, TX, and Rockwell Science, Thousand Oaks, CA, during the nineties. The component shown in Fig. 1, is a center-pulled capacitive fixed-fixed beam RF MEMS switch, developed and patented by Raytheon in 1994. A capacitive fixed-fixed beam RF MEMS switch is in essence a micro-machined capacitor with a moving top electrode - i.e. the beam.

From an electromechanical perspective, the components behave like a mass-spring system, actuated by an electrostatic force. The spring constant is a function of the dimensions of the beam, of the Young's modulus, of the residual stress and of the Poisson ratio of its material. The electrostatic force is a function of the capacitance and the bias voltage. Knowledge of spring constant and mass allows for calculation of the pull-in voltage, which is the bias voltage necessary to pull-in the beam, and of the switching time.

From an RF perspective, the components behave like a series RLC circuit with negligible resistance and inductance. The up- and down-state capacitance are in the order of 50 fF and 1.2 pF, which are functional values for millimeter-wave circuit design. Switches typically have a capacitance ratio of 30 or higher, while switched capacitors and varactors have a capacitance ratio of about 1.2 to 10. The loaded Q factor is between 20 and 50 in the X-, Ku- and Ka-band.

RF MEMS switched capacitors are capacitive fixed-fixed beam switches with a low capacitance ratio. RF MEMS varactors are capacitive fixed-fixed beam switches which are biased below pull-in voltage. Other examples of RF MEMS switches are ohmic cantilever switches, and capacitive single pole N throw (SPNT) switches based on the axial gap wobble motor.

Microfabrication

An RF MEMS fabrication process allows for integration of SiCr or TaN thin film resistors (TFR), metal-air-metal (MAM) capacitors, metal-insulator-metal (MIM) capacitors, and RF MEMS components. An RF MEMS fabrication process can be realized on a variety of wafers: fused silica (quartz), borosilicate glass, LCP, sapphire, and passivated silicon and III-V compound semiconducting wafers. As shown in Fig. 2, RF MEMS components can be fabricated in class 100 clean rooms using 6 to 8 optical lithography steps with a 5 μm contact alignment error, whereas state-of-the-art monolithic microwave integrated circuit (MMIC) and radio frequency integrated circuit (RFIC) fabrication processes require 13 to 25 lithography steps. The essential microfabrication steps are:

• Deposition of the bias lines (Fig. 2, step 3)
• Deposition of the electrode layer (Fig. 2, step 4)
• Deposition of the dielectric layer (Fig. 2, step 5)
• Deposition of the sacrificial spacer (Fig. 2, step 6)
• Deposition of seed layer and subsequent electroplating (Fig. 2, step 7)
• Beam definition, release and critical point drying (Fig. 2, step 8)

RF MEMS fabrication processes, unlike barium strontium titanate (BST) or lead zirconate titanate (PZT) ferroelectric and MMIC fabrication processes, do not require electron beam lithography, molecular beam epitaxy (MBE), or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). With the exception of the removal of the sacrificial spacer, the fabrication steps are compatible with a CMOS fabrication process.

Applications

Applications of RF MEMS resonators and switches include oscillators and routing networks. RF MEMS components are also applied in radar sensors (passive electronically scanned (sub)arrays and T/R modules) and software-defined radio (reconfigurable antennas, tunable band-pass filters).

Antennas

Polarization and radiation pattern reconfigurability, and frequency tunability, are usually achieved by incorporation of lumped components based on III-V semiconductor technology, such as single pole single throw (SPST) switches or varactor diodes. However, these components can be readily replaced by RF MEMS switches and varactors in order to take advantage of the low insertion loss and high Q factor offered by RF MEMS technology. In addition, RF MEMS components can be integrated monolithically on low-loss dielectric substrates, such as borosilicate glass, fused silica or LCP, whereas III-V semiconducting substrates are generally lossy and have a high dielectric constant. A low loss tangent and low dielectric constant are of importance for the efficiency and the bandwidth of the antenna.

The prior art includes an RF MEMS frequency tunable fractal antenna for the 0.1–6 GHz frequency range, and the actual integration of RF-MEMS on a self-similar Sierpinski gasket antenna to increase its number of resonant frequencies, extending its range to 5GHz, 14GHz and 30GHz, an RF MEMS radiation pattern reconfigurable spiral antenna for 6 and 10 GHz, an RF MEMS radiation pattern reconfigurable spiral antenna for the 6–7 GHz frequency band based on packaged Radant MEMS SPST-RMSW100 switches, an RF MEMS multiband Sierpinski fractal antenna, again with integrated RF MEMS switches, functioning at different bands from 2.4 to 18 GHz, and a 2-bit Ka-band RF MEMS frequency tunable slot antenna.

Filters

RF bandpass filters are used to increase out-of-band rejection, if the antenna fails to provide sufficient selectivity. Out-of-band rejection eases the dynamic range requirement of low noise amplifier LNA and mixer in the light of interference. Off-chip RF bandpass filters based on lumped bulk acoustic wave (BAW), ceramic, surface acoustic wave (SAW), quartz crystal, and thin film bulk acoustic resonator (FBAR) resonators have superseded distributed RF bandpass filters based on transmission line resonators, printed on substrates with low loss tangent, or based on waveguide cavities. RF MEMS resonators offer the potential of on-chip integration of high-Q resonators and low-loss bandpass filters. The Q factor of RF MEMS resonators is in the order of 1000-1000.

Tunable RF bandpass filters offer a significant size reduction over switched RF bandpass filter banks. They can be implemented using III-V semiconducting varactors, BST or PZT ferroelectric and RF MEMS switches, switched capacitors and varactors, and yttrium iron garnet (YIG) ferrites. RF MEMS technology offers the tunable filter designer a compelling trade-off between insertion loss, linearity, power consumption, power handling, size, and switching time.

Phase shifters

RF MEMS phase shifters have enabled wide-angle passive electronically scanned arrays, such as lenses, reflect arrays, subarrays and switched beamforming networks, with high effective isotropically radiated power (EIRP), also referred to as the power-aperture product, and high Gr/T. EIRP is the product of the transmit gain, Gt, and the transmit power, Pt. Gr/T is the quotient of the receive gain and the antenna noise temperature. A high EIRP and Gr/T are a prerequisite for long-range detection. The EIRP and Gr/T are a function of the number of antenna elements per subarray and of the maximum scanning angle. The number of antenna elements per subarray should be chosen to optimize the EIRP or the EIRP x Gr/T product, as shown in Fig. 3 and Fig. 4.

Passive subarrays based on RF MEMS phase shifters may be used to lower the amount of T/R modules in an active electronically scanned array. The statement is illustrated with examples in Fig. 3: assume a one-by-eight passive subarray is used for transmit as well as receive, with following characteristics: f = 38 GHz, Gr = Gt = 10 dBi, BW = 2 GHz, Pt = 4 W. The low loss (6.75 ps/dB) and good power handling (500 mW) of the RF MEMS phase shifters allow an EIRP of 40 W and a Gr/T of 0.036 1/K. The number of antenna elements per subarray should be chosen in order to optimize the EIRP or the EIRP x Gr/T product, as shown in Fig. 3 and Fig. 4. The radar range equation can be used to calculate the maximum range for which targets can be detected with 10 dB of SNR at the input of the receiver.

in which kB is the Boltzmann constant, λ is the free-space wavelength, and σ is the RCS of the target. Range values are tabulated in Table 1 for following targets: a sphere with a radius, a, of 10 cm (σ = π a2), a dihedral corner reflector with facet size, a, of 10 cm (σ = 12 a4/λ2), the rear of a car (σ = 20 m2) and for a contemporary non-evasive fighter jet (σ = 400 m2). A Ka-band hybrid ESA capable of detecting a car 100 m in front and engaging a fighter jet at 10 km can be realized using 2.5 and 422 passive subarrays (and T/R modules), respectively.

   

The usage of true-time-delay TTD phase shifters instead of RF MEMS phase shifters allows ultra-wideband (UWB) radar waveforms with associated high range resolution, and avoids beam squinting or frequency scanning. TTD phase shifters are designed using the switched-line principle or the distributed loaded-line principle. Switched-line TTD phase shifters are superior to distributed loaded-line TTD phase shifters in terms of time delay per decibel noise figure (NF), especially at frequencies up to X-band, but are inherently digital and require low-loss and high-isolation SPNT switches. Distributed loaded-line TTD phase shifters, however, can be realized analogously or digitally, and in smaller form factors, which is important at the subarray level. Analog phase shifters are biased through a single bias line, whereas multibit digital phase shifters require a parallel bus along with complex routing schemes at the subarray level. In addition, usage of an analog bias voltage avoids large phase quantization errors, which deteriorate the EIRP and beam-pointing accuracy, and elevate the sidelobe level of an electronically scanned array.

The prior art in passive electronically scanned arrays, shown in Fig. 6, includes an X-band continuous transverse stub (CTS) array fed by a line source synthesized by sixteen 5-bit reflect-type RF MEMS phase shifters based on ohmic cantilever RF MEMS switches, an X-band 2-D lens consisting of parallel-plate waveguides and featuring 25,000 ohmic cantilever RF MEMS switches, and a W-band switched beamforming network based on an RF MEMS SP4T switch and a Rotman lens focal plane scanner.

T/R modules

Within a T/R module, as shown in Fig. 7, RF MEMS limiters, tunable matching networks and TTD phase shifters can be used to protect the LNA, load-pull the power amplifier (PA) and time delay the RF signal, respectively. Whether RF MEMS T/R switches - i.e. single pole double throw (SPDT) switches, can be used depends on the duty cycle and the pulse repetition frequency (PRF) of the pulse-Doppler radar waveform. To date, RF MEMS duplexers can only be used in low PRF and medium PRF radar waveforms for long-range detection, which use pulse compression and therefore have a duty cycle in the order of microseconds.

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/RF_MEMS

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/

Materia: CRF

Tecnología de Transistores de Microondas Basados en Nitruro de Galio (GaN) Para Aplicaciones Radar

El siguiente artículo estudia las características de los principales materiales utilizados en la actualidad para la fabricación de transistores de microondas como son Silicio (Si), Arseniuro de Galio (GaAs), Carburo de Silicio (SiC) y Nitruro de Galio (GaN) y describe como condicionan la operación del transistor cuando se requieren potencias de salida altas, del orden de cientos y miles de vatios, habitualmente las necesarias en aplicaciones Radar.

Se mostrará como los transistores de microondas fabricados con GaN son adecuados para aplicaciones de alta potencia debido a las superiores propiedades físicas y químicas de estos semiconductores. Si además añadimos las modernas técnicas de polarización de alta eficiencia, los transistores fabricados con la tecnología de Nitruro de Galio se perfilan como los candidatos idóneos para ser utilizados en los transmisores de sistemas Radar.

La gran mayoría de los transmisores Radar requieren dispositivos activos que puedan generar una potencia de salida de RF del orden de kilovatios e incluso de megavatios. Habitualmente se utilizan para estas aplicaciones dispositivos basados en tubos de ondas progresivas. Sin embargo, estos dispositivos son voluminosos, caros y pueden tener problemas de fiabilidad. Aunque los amplificadores basados en semiconductores tienen a priori más eficiencia, han estado hasta ahora limitados por el voltaje que se podía aplicar al dispositivo debido al crítico campo de ruptura inherente a estos materiales, lo que hace que se requiera una corriente muy alta y también un mayor tamaño. Trabajar con una corriente de operación alta disminuye la eficiencia debido a las pérdidas y al hecho de que los dispositivos de gran tamaño presentan una alta capacitancia y muy baja impedancia limitando así la frecuencia de operación y el ancho de banda [1]. La tecnología de GaN es ahora capaz de ofrecer una solución a este problema.

Los amplificadores de estado sólido están ya reemplazando a los de tubos de ondas progresivas (TWTA, Traveling Wave Tube Amplifiers) en algunas aplicaciones de microondas de alta potencia. Sin embargo, las bajas tensiones de operación hacen que el circuito asociado sea muy grande lo que implica un dispositivo más complejo a la vez que reduce el yield de producción y la fiabilidad. Las tecnologías de semiconductores de banda prohibida ancha (WBG, Wide Band Gap) como el GaN pueden alcanzar densidades de potencia cinco veces mayores que las de los transistores convencionales de GaAs tanto de efecto de campo como bipolares de heterounión. La ventaja final es la reducción de la complejidad del circuito, mayor ganancia y eficiencia, y también una mayor fiabilidad. En particular, los sistemas Radar se beneficiarán del desarrollo de esta tecnología.

El GaN es el futuro

El desarrollo de semiconductores de banda prohibida ancha, tales como el GaN o aleaciones basadas en GaN, ofrece la posibilidad de fabricar dispositivos activos de RF, especialmente transistores de potencia HEMT (High Electron Mobility Transistor), con una potencia de salida significativamente mayor. Esta mejora en la potencia de salida de RF se debe a las especiales propiedades de este material, de entre otras destacan: alto campo de ruptura, elevado valor de saturación de la EDV (velocidad de Drift de los electrones) y cuando se utilizan sustratos de SiC, mayor conductividad térmica. Los datos mostrados en la Tabla 1 [2] permiten comparar los materiales Si, GaAs, SiC y GaN. La mayor conductividad térmica del SiC y del GaN reduce el aumento de temperatura de la unión debido al autocalentamiento. El campo de ruptura de cinco a seis veces mayor del SiC y del GaN da ventaja a estos materiales frente al Si y el GaAs para dispositivos de potencia de RF [2]. El SiC es un material de banda prohibida ancha (3.2eV) pero tiene una movilidad de electrones baja, lo cual dificulta su uso en amplificadores de alta frecuencia. El SiC está también limitado porque las obleas de este material son caras, pequeñas y de baja calidad.

Aunque la movilidad de los portadores es significativamente mejor en los dispositivos de GaAs, la alta velocidad de pico y de saturación de la EDV de los HEMT de GaN compensa su relativa menor movilidad permitiendo su utilización a altas frecuencias. Estas ventajas del GaN sumadas a la alta linealidad y al bajo ruido de las arquitecturas HEMT abren las puertas a estos dispositivos para su utilización en la fabricación de amplificadores Radar de alta potencia.

Una ventaja adicional de los HEMT de GaN radica en el gran offset de energía entre la banda de conducción del GaN y la capa barrera de AlGaN. Esto permite un aumento significativo de la densidad de portadores en el canal en los HEMT basados en GaN con respecto a otros materiales (hasta 1013cm-2 y más). Si sumamos la posibilidad de utilizar un mayor voltaje conseguimos un aumento en la densidad de potencia. La densidad de potencia es un parámetro muy importante para los dispositivos de alta potencia ya que cuanto mayor es menor es el tamaño del dado y más sencillas son adaptaciones de entrada y salida. En la Figura 1 se muestra el rápido progreso de la densidad de potencia de RF frente al tiempo para un FET (Field-Effect Transistor) de GaN en Banda X.

Los altos voltajes de operación y las altas densidades de potencia que se alcanzan con los dispositivos de RF de banda prohibida ancha ofrecen muchas ventajas en el diseño, fabricación y montaje de amplificadores de potencia en comparación con las tecnologías de LDMOS (Lateral Double-Difusse MOS) de Silicio o la de MESFET (Metal Epitaxial Semicon-ductor Field Effect Transistor) de GaAs. La tecnología HEMT de GaN ofrece una alta potencia por ancho de canal unitario, lo cual se traduce en dispositivos más económicos y de menor tamaño para la misma potencia de salida, esto no sólo hace que sean más fáciles de fabricar sino que aumenta la impedancia de los dispositivos. El alto voltaje de operación que se consigue con la tecnología de GaN elimina la necesidad de convertidores de tensión y por consiguiente reduce también el coste final del sistema.

El camino está claro

La Figura 2 [2] muestra una gráfica de la potencia de salida frente a la frecuencia para los dispositivos de estado sólido y tubos de microondas que constituyen el actual estado del arte.

Históricamente, lo amplificadores de tubo, tales como los controlados por rejillas, magnetrones, kystrones, tubos de onda progresiva y amplificadores de campos cruzados (CFA, Cross Field Amplifier) han sido usados como amplificadores de potencia en los transmisores Radar. Estos amplificadores generan alta potencia pero habitualmente trabajan con ciclos de trabajo (duty cicle) bajos. Los amplificadores de Klystron ofrecen mayor potencia que los magnetrones a frecuencias de microondas y también permiten el uso de formas de onda más complejas. Los tubos de onda progresiva son similares a los klystrones pero con mayores anchos de banda. Los CFA se caracterizan por tener grandes anchos de banda, poca ganancia y ser compactos.

Los amplificadores de potencia de estado sólido (SSPA, Solid State Power Amplifier) soportan pulsos largos y formas de onda con altos ciclos de actividad. A pesar de que los elementos utilizados en los SSPA tienen individualmente poca amplificación de potencia pueden combinarse para conseguirla. Los transistores bipolares de Silicio, los MESFET de Arseniuro de Galio y los PHEMT (Pseudomorphic HEMT) de Arseniuro de Galio son algunos de los elementos utilizados en los SSPA. Los HEMT de GaN pueden ser combinados para crear un SSPA con una potencia media de salida mayor y por consiguiente un mayor rango de detección del Radar.

Como se puede ver en la Figura 2, los transistores de estado sólido producen niveles de potencia de RF menores de 200 vatios en Banda S y su salida va decreciendo a medida que aumentamos la frecuencia [1]. La potencia de salida de RF de los FETs de GaAs se acerca a los 50 vatios en banda S y a aproximadamente a 1 vatio en banda Ka1. Los FETs de GaAs tienen una la potencia de salida limitada principalmente por la baja tensión de ruptura del drenador1. Los dispositivos semiconductores fabricados con materiales de mayor banda prohibida, tales como el GaN, ofrecen unas prestaciones significativamente mejores.

Con el paso del tiempo han ido apareciendo diferentes figuras de mérito que permiten evaluar los distintos semiconductores con potencial para ser utilizados en aplicaciones que requieren alta potencia a altas frecuencias de trabajo. Mediante estas figuras de mérito se pretende aunar las propiedades más relevantes de los materiales en un valor cualitativo. Así la figura de mérito de Johnson (JFOM = ECR vsat/p) tiene en cuenta el campo de ruptura ECR y la saturación de la EDV Vsat. Como puede verse en la Figura 3 [3], la figura de mérito de Johnson para el GaN es por lo menos 15 veces la del GaAs.

Aethercomm cree que si la tendencia de crecimiento del GaN se mantiene al ritmo actual, el comportamiento previsto para los HEMT de GAN en el año 2010 será el representado en la Figura 4. El GaN pronto superará a todos sus competidores.

La eficiencia es la clave

Los sistemas Radar más modernos utilizados en aplicaciones militares demandan nuevos requerimientos para los amplificadores de potencia de RF debido a la necesidad de reducir el tamaño, peso y coste. Los mayores cambios en las especificaciones se centran cada vez más en mejorar la eficiencia del amplificador para reducir los requerimientos de potencia DC y mejorar la fiabilidad del sistema a través de una menor disipación de potencia del componente. Los dispositivos de microondas basados en tecnologías de banda prohibida ancha y alta eficiencia permitirán además aumentar las prestaciones del sistema.

La capacitancia parásita y el alto voltaje de ruptura de los HEMT de GaN les hace ideales para funcionar en modos de amplificación de alta eficiencia clase E y clase F. Ambos modos tienen una eficiencia teórica del 100 %. Recientemente, algunos fabricantes de transistores de GaN han implementado amplificadores híbridos de clase E. Resultados típicos obtenidos son 10 vatios de potencia de salida en banda L con eficiencias comprendidas entre el 80% y 90%.

Aethercomm ha entregado recientemente un módulo amplificador de clase F para Banda L. La potencia de salida deseada debía superar los 50 vatios con una eficiencia del 60% para todo el amplificador. Debido a los plazos tan ajustados del programa fue necesario utilizar transistores estándar encapsulados en lugar de desarrollar una solución híbrida a medida.

La etapa final del amplificador de potencia se implementó utilizando un par balanceado de HEMT encapsulados de GaN trabajando en clase F. Las redes de adaptación incluyendo las terminaciones armónicas necesarias para la operación en clase F fueron diseñadas considerando inicialmente un modelo ideal del transistor. A continuación se introdujeron las inductancias y las capacitancias parásitas del encapsulado del transistor y se modificaron las redes de adaptación para mantener las terminaciones armónicas requeridas a nivel del transistor en dado. Posteriormente se simuló el amplificador utilizando un modelo no lineal del transistor y se modificaron las redes de adaptación para optimizar eficiencia y potencia.

Se construyó un prototipo en configuración single-ended para la etapa de salida de clase F. Se obtuvo una eficiencia de drenador del 75%, una potencia de salida de 40 vatios y una ganancia de 16 dB con un ajuste mínimo. Los resultados fueron muy similares a los obtenidos en la simulación. No había disponibles dispositivos de GaN de baja potencia adecuados para la etapa de driver, se diseñó uno de tres etapas utilizando MESFET de GaAs que trabajaban en clase A. Inicialmente se creía que las etapas del driver deberían haber trabajado en un modo de alta eficiencia para así alcanzar la PAE (Power Added Efficiency) requerida; sin embargo, los análisis indicaron que con un dimensionado adecuado de los transistores la operación en clase A era permisible. El driver tuvo una ganancia de 40 dB y un consumo de potencia de 10 vatios.

La configuración final del amplificador de potencia tuvo una PAE de pico del 63% y una potencia de salida de 75 vatios. El amplificador tenía una potencia de salida de 65 vatios y un 61% de PAE a P2dB. La Tabla 2 muestra las características del amplificador para distintos valores de potencia de salida. Debido a que la etapa final de clase F está polarizada en el umbral, sin corriente de drenador, el amplificador ofrece un amplio rango de funcionamiento para potencias bajas. La ganancia del amplificador alcanza un pico y después comienza a comprimirse cuando se alcanza la máxima potencia de salida. La Tabla 2 muestra la eficiencia de este diseño para distintas potencias de salida.

Aethercomm también ha desarrollado un dispositivo HEMT de GaN de 200 vatios sobre sustrato de SiC diseñado para maximizar la PAE y mantener una alta potencia de salida para una frecuencia de operación de 1215 MHz a 1390 MHz. Se observaron eficiencias mayores del 56% mientras se mantenía niveles de potencia de salida en exceso de 205 vatios de P3dB.

Muchos SSPA para aplicaciones Radar son diseñados con dispositivos semiconductores de RF configurados para trabajar en clase C. Esta forma de polarización proporciona una operación muy eficiente para una etapa de un único transistor, sin embargo, el transistor de clase C tiene una ganancia tan baja, típicamente 6 dB, que la ventaja ganada en la eficiencia se pierde al necesitarse muchas etapas adicionales de ganancia para alcanzar la potencia deseada de salida.

Conclusión

Los futuros sistemas Radar tales como los basados Radar de phase-array activo requerirán de forma creciente SSPA cada vez más eficientes y pequeños. El deseo de lograr barridos extremadamente rápidos, rangos de detección mayores, la posibilidad de localizar y seguir un gran número de objetivos, una baja probabilidad de ser interceptado y la posibilidad de funcionar como un inhibidor requerirán una tecnología de transistores innovadora y rentable. Recientes desarrollos en el campo de los HEMT de GaN han hecho posible diseñar amplificadores de una gran eficiencia a frecuencias de microondas. Los dispositivos HEMT de GaN proporcionan una alta corriente de pico con una baja capacitancia de salida así como un voltaje de ruptura y una densidad de potencia extremadamente alta. Esta combinación única de características permite a los diseñadores conseguir amplificadores con unas prestaciones en conjunto muy superiores a las logradas con dispositivos basados en las tecnologías alternativas existentes en la actualidad.

Fuente: http://www.conectronica.com/componentes-rf/tecnologia-de-transistores-de-microondas-basados-en-nitruro-de-galio-gan-para-aplicaciones-radar

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/
Materia: CRF

Nuevos filtros de microondas mejorarán los sistemas de comunicación inalámbricos

         En su tesis Nuevas técnicas para la síntesis de dispositivos de microondas basadas en la Teoría de acoplo de modos, Israel Arnedo Gil, Ingeniero de Telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra (UPNA), ha propuesto un nuevo método para diseñar filtros de microondas, unos dispositivos esenciales para controlar la cantidad de energía y el tiempo que ésta tarda en ir de un punto a otro del sistema.

¿Qué tiene en común un horno microondas con los radares, las comunicaciones por satélite, la telefonía móvil o los sistemas inalámbricos? Todos ellos utilizan microondas y ondas milimétricas en su funcionamiento. En su tesis doctoral, "Nuevas técnicas para la síntesis de dispositivos de microondas basadas en la Teoría de acoplo de modos", Israel Arnedo Gil, Ingeniero de Telecomunicación por la UPNA, ha propuesto un nuevo método para diseñar filtros de microondas, unos dispositivos esenciales para controlar la cantidad de energía y el tiempo que ésta tarda en ir de un punto a otro del sistema. Su trabajo de investigación le ha permitido mejorar determinadas aplicaciones y obtener una patente internacional en explotación.

Los circuitos de microondas y ondas milimétricas se utilizan para generar, procesar y detectar señales electromagnéticas en un rango de frecuencia determinado —entre 1GHz y 300 GHz—. Sus aplicaciones son muy diversas: el radar (localización de personas, predicción del tiempo, control de tráfico aéreo o terrestre), la transmisión de información (telefonía, televisión, internet o datos) mediante enlaces terrestres de microondas (sistemas de repetidores) y espaciales (comunicaciones por satélite), los sistemas inalámbricos de comunicaciones, el calentamiento de alimentos y materiales y los receptores de alta sensibilidad para radioastronomía.

Todo este sinfín de aplicaciones necesita un elemento fundamental: el filtro de microondas. Su función, de modo muy simplificado, es dejar pasar unas ondas electromagnéticas y bloquear otras. El objetivo de la tesis doctoral de Israel Arnedo ha sido mejorar algunas aplicaciones y lo ha conseguido mejorando las herramientas con las que se diseñan esos filtros.

Estableciendo un paralelismo con la televisión podría decirse que si hasta ahora las técnicas de elaboración de filtros eran en blanco y negro, las técnicas de síntesis que ha desarrollado este ingeniero han traído el color. Entre las ventajas de su método frente a las técnicas clásicas, se encuentra que se obtienen soluciones para problemas que no los tenían; se obtienen soluciones más robustas de cara a la fabricación y producción en masa; y las soluciones obtenidas proporcionan mayor flexibilidad en los diseños.

Resultados exitosos para dispositivos clave

Las herramientas de síntesis diseñadas por Arnedo han sido utilizadas con éxito en tres grupos de aplicaciones: en la tecnología UWB (Ultra-Wideband), en el sector espacial y en el procesado de señales de radar.

La tecnología UWB se presenta como una evolución de las comunicaciones inalámbricas, al proporcionar mucha más flexibilidad de uso y servicios. Es también clave para implementar sistemas avanzados de seguridad (radio vigilancia) y de detección bajo tierra (personas sepultadas por terremotos, minas antipersona, etc).

Por eso, es de vital importancia que el diseño de emisores y receptores sea óptimo. En colaboración con el Institute National de la Recherche Scientifique INRS-EMT y la McGill University en Montreal, Canadá, Arnedo ha diseñado dos dispositivos que pueden ser claves para la generación (emisor) y recepción (receptor) de señales UWB.

En cuanto al sector espacial, el modo en que las estaciones en la tierra y los satélites se comunican debe ser óptimo para que la calidad de la señal recibida (por ejemplo, la televisión en nuestros hogares) sea alta. En este sentido, se ha propuesto una técnica robusta para el diseño de filtros, que ofrece mejoras frente a los utilizados en la actualidad, tanto desde el punto de vista de servicio como desde los costes.

Por último, para aplicaciones de radares con gran ancho de banda, las herramientas propuestas han permitido diseñar un dispositivo óptimo para el procesado analógico de señales a gran velocidad, lo que amplía las posibilidades de esta tecnología desde el punto de vista práctico.

Fuente: http://www.plataformasinc.es/index.php/Noticias/Nuevos-filtros-de-microondas-mejoraran-los-sistemas-de-comunicacion-inalambricos

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/
Materia: CRF

Girotrón

El girotrón (forma abreviada de Gyromonotron) es una fuente de radiación de microondas de alta frecuencia y alta potencia. Se considera el primer dispositivo generador de rayos de microondas de alta frecuencia de la historia, perteneciente a la familia de los tubos de vacío.

De acuerdo con el electromagnetismo, se sabe que las cargas eléctricas y las corrientes variables con el tiempo son fuentes de campos y ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas transportan potencia electromagnética y se propagan en el medio circundante -éste no hace falta que sea un medio material, puede ser el espacio vacío- a la velocidad de la luz.

Las microondas, son un tipo particular de ondas electromagnéticas caracterizadas por propagarse en un rango de frecuencias determinado. Particularmente este rango se considera comprendido entre los 300 MHz y los 300 GHz -de ahí su nombre, ya que sus longitudes de onda son del orden de milímetros-. Para la generación de microondas, generalmente, se consideran dos tipos de fuentes: los dispositivos de estado sólido -semiconductores- y los dispositivos basados en tubos de vacío o tubos de electrones. A este último grupo pertenece el girotrón, como también otro tipo de dispositivos como el magnetón, el klystrón o mismo horno de microondas.

Historia

Los primeros dispositivos basados en tubos de vacío para la utilización con microondas se remontan a principios del siglo XIX cuando, en 1906, Lee de Forest inventó el tríodo. No obstante, intentar emplear en microondas un tubo de vacío convencional basado en un tríodo es una operación muy limitada, ya que éste no soporta frecuencias excesivamente altas.

Con posterioridad, fueron inventados otros dispositivos basados en tubos de vacío, como el magnetrón en 1924, cuya utilización práctica tuvo mucha repercusión en la Segunda Guerra Mundial. El magnetrón pertenecía a la familia de los tubos de vacío de campo transversal, donde la energía potencial de los electrones se transformaba en energía electromagnética.

Otros dispositivos como el oscilador Heil (1935) o el amplificador Klystron (hermanos Varian, 1939) estaban basados en tubos de haz lineal (linear-beam), donde lo que se transformaba en energía electromagnética era la energía cinética de los electrones.

Más adelante, como evolución de los tubos de haz lineal, R. Kompfner inventó en 1944 el tubo de onda viajera (''Travelling Wave Tube'', TWT) . A comienzos de 1950 la potencia de salida de los tubos de haz lineal superó finalmente a la potencia de dispositivos como el magnetrón.

En un tubo de haz lineal un campo magnético interacciona con el haz de electrones emitidos por un emisor. Además, los electrones reciben energía potencial por medio de una diferencia de potencial (voltaje) y esta energía es convertida en energía cinética. La diferencia de potencial aplicada es cambiante, así que los electrones son acelerados o desacelerados, lo que produce aglomeraciones de electrones. Estos cúmulos de electrones viajan posteriormente por el tubo y finalmente inducen una corriente en la estructura de salida.

Los amplificadores basados en TWT pueden llegar a proporcionar picos de salida con una potencia de 30 MW con un haz de voltaje del orden de 100 kV a una frecuencia de 10 GHz.

Los orígenes del girotrón apuntan a la década de los años setenta y se considera una invención soviética. Es un dispositivo perteneciente a las familia de los TWT, concretamente a los tubos de onda rápida. La Rusia soviética desempeñó en los años sesenta y setenta del siglo pasado un papel de liderazgo en investigación de fusión nuclear –calentamiento de plasma-, así como de microondas –dispositivos de telecomunicaciones-, donde la técnica del girotrón fue desarrollada por su importancia militar en estos campos.

En la década de 1960, con el éxito y proliferación de los disposiivos de estado sólido (semiconductores) se predijo que los tubos de vacío serían desplazados por aquéllos. No obstante, esto solo ha ocurrido en los sistemas de baja potencia como son los receptores y generadores (osciladores) para circuitos de microondas, pero para altas potencias de salida, aún se siguen utilizando dispositvos basado en los tubos de vacío hoy en día.

Principio de funcionamiento

El girotrón (recordemos, perteneciente a los TWT) tiene alta potencia en longitudes de onda milimétricas (decenas de MW, dependiendo de la frecuencia) porque, a diferencia de los anteriores tubos de vacío convencionales, las dimensiones del tubo en este caso pueden ser mucho mayores que la longitud de onda y no se depende de las propiedades de los materiales que conforman el tubo.

Como se ha comentado anteriormente, en los tubos de haz lineal, se aceleraban y deceleraban los electrones dentro de un campo magnético porque se pretendía conseguir una aglomeración o concentración de éstos para, posteriormente, inducir una corriente a la salida del tubo. En el caso del girotrón ocurre algo parecido, solo que se pretende potenciar una microonda electromagnética a la salida. En este caso, el haz de electrones entra en la cavidad hueca de resonancia del tubo, que se encuentra en un campo magnético axial y la agrupación de electrones depende de un efecto relativista llamado Cyclotron Resonance Maser Instability. Esto quiere decir que la velocidad del haz de electrones en un girotrón es ligeramente relativista (comparable a, pero no igual a la velocidad de la luz).

A su vez, máser es un acrónimo de Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificador de microondas por la emisión estimulada de radiación). El máser es un fenómeno de amplificación similar al láser, pero que opera en la región de frecuencia a la que pertenecen las microondas. Cuando una molécula o un átomo se hallan en un estado energético adecuado y pasa cerca de una onda electromagnética, ésta puede inducirles a emitir energía en forma de otra radiación electromagnética con la misma longitud de onda que refuerza la onda de paso y desencadena una cascada de fenómenos que llevan a aumentar mucho la intensidad de la onda electromagnética original.

 

Potencia obtenida y rango de frecuencias de operación para diferentes tubos de vacío, comúnmente empleados en el rango de las microondas.

Construcción y partes de un girotrón

El cuerpo del girotrón consiste en su mayoría en una alargada cavidad de espacio vacío. El girotrón se encuentra en un electro-imán. La parte inferior es eléctricamente aislada y contiene un filamento. Para transmitir los electrones del filamento a la cavidad, es necesario un "cañón" que genere el haz de electrones. Ésta es la parte del cátodo, donde se aplica un alto voltaje de energía eléctrica (voltaje negativo, claro) que se suele situar aproximadamente entre 80 y 100 kV.

Los electrones se mueven en forma de espiral por la fuerza de Lorentz del campo magnético. La frecuencia de rotación de los electrones es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético, e inversamente proporcional a la masa del electrón. Por lo tanto, para una mayor frecuencia se debe aplicar un campo magnético mayor. Debido a que los electrones tienen un efecto relativista (su masa es debido a su alta velocidad de nuevo, ver relatividad) se realiza un intercambio entre la energía cinética de los electrones y el campo de la señal de microonda, por lo tanto parte de la energía del haz de electrones se transforma en energía electromagnética en la región de microondas, que es recogida por el colector.

1. Lámpara de cátodo.

2. Cavidad de vibración.

3. Colector.

 4. Espejos para el ajuste de la forma de oscilación.

 5. Vacío de la ventana.

 6. Haz de electrones.

 7. Haz de microondas resultante.

 8. Bobina magnética

 9. Líneas de campo magnético.

 10. Circuito de alto voltaje.

11. Emisor.

 12. Conexiones de agua para refrigeración.

 13. Aislante eléctrico.

14. Tomas de corriente.

15. Superconductores (imán).

Fabricación

El número de empresas que construye girotrones es muy baja. Algunas empresas que en la actualidad trabajan y/o fabrican dispositivos basados en el girotrón son: CPI y Gyrotron Technology, Inc (U.S.A.), Gycom (Rusia), Thales Group (U.E.), y Toshiba (Japón).

Aplicaciones

Procesos para el tratamiento térmico industrial, debido a la alta densidad de potencia de las ondas electromagnéticas y a la capacidad de calentar un rayo con criterio selectivo y de manera muy rápida. Así, es un tipo de dispositivo utilizado en la fabricación de vidrios, plásticos, cerámicas, adhesivos, semiconductores, células solares, etc.

Aplicaciones industriales:

• 
  
  
  Fabricación de vidrios, plásticos, cerámicas, adhesivos, semiconductores, células solares, etc.
• 
  
  
  Unión de cristal, cerámica, plásticos y otros materiales, soldándolos con puntos de fusión muy altos.
• 
  
  
  Recubrimientos basados en materiales como la cerámica, pastas, lacas, o termoplásticos, bajo temperaturas más altas de las que algunos sustratos permiten normalmente.

Aplicaciones en electrónica y telecomunicaciones:

• 
  
  
  Fabricación de osciladores y amplificadores de circuitos de microondas.
• 
  
  
  Templadura rápida de obleas de semiconductores, así como en la fabricación del recubrimiento de semiconductores a alta temperatura y sobre sustratos sensibles.

Aplicaciones nucleares:

• 
  
  
  De alta potencia gyrotrons prueba se aplica a muchos de investigación de la fusión. Gyrotrons con capacidades de hasta 2 megavatios y una frecuencia de 170 GHz, son esenciales para construir el nuevo reactor de fusión nuclear.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Girotr%C3%B3n

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/

Materia: CRF

Informe sobre los efectos de las microondas en los seres vivos

Este informe fue elaborado por el Centro de Investigación Nacional de Canadá en la década de 1970, todavía no había accionistas en las empresas de telecomunicaciones inalámbricas…

INTRODUCCIÓN

Sólo en los últimos años el hombre es plenamente consciente de los riesgos potenciales generados por su propia contaminación generada al medio ambiente. No sólo está comprendiendo el significado completo de los efectos que esto tiene sobre su salud, sino también la compleja cadena de acontecimientos que caracterizan los ecosistemas, de los cuales él forma parte.

Los contaminantes en general, se pueden dividir en dos grupos principales, según su origen:

          •Contaminación humana

          •Contaminación natural.

Estamos interesados en lo que creemos que será uno de los mayores problemas para la humanidad en un futuro no muy lejano, el de la contaminación de microondas del medio ambiente por las fuentes de microondas producidas por el hombre.

FUENTES DE MICROONDAS

El término microondas se refiere a la longitud de onda. El término se utiliza para describir la parte del espectro electromagnético, que van desde unos 30 centímetros a unos 3 milímetros (es decir, a partir de 1 GHz a 100 GHz en términos de frecuencia.

Las microondas son ampliamente utilizadas. Algunas aplicaciones típicas incluyen:

1. Seguimiento y navegación (instalaciones de radar).

2. Comunicaciones, es decir, teléfono y transmisión de televisión (por tierra y por satélite ).

3. Investigación, es decir, la radioastronomía, la espectroscopia, microondas aceleradores de electrones.

4. Aparatos industriales, es decir, MWovens, liofilizadores, autoclaves, etc.

5. Electrodomésticos, es decir, los hornos microondas.

Dado que la mayoría de los usos anteriores requieren dispositivos muy costosos en el empleo de energía, como klistrones y magnetrones, tienen usos sólo industriales, militares y en centros de investigación, que son los que pueden costear estas costosas instalaciones. Sin embargo, la aparición de nuevos tipos de generadores eléctricos, introducidas durante los últimos años, es muy probable que cambie drásticamente esta situación. Los nuevos generadores son del tipo de estado sólido y son considerablemente más baratos que los anteriores. Incluyen:

1. Osciladores Gunn

2. Diodos de limitación de carga

3. Diodos de lectura

4. Diodos IMPATT

Estos dispositivos funcionan prácticamente con baterías y su coste se prevé que caerá a unos pocos dólares en los próximos años. Son fiables y aunque su potencia de salida está en la actualidad

limitada a menos de 1 vatio en la mayoría de los casos, es sólo cuestión de tiempo antes de que la tecnología de estado sólido avance hasta conseguir dispositivos de mucha mayor potencia, por lo que podemos anticipar que los dispositivos microondas serán ampliamente utilizados en un futuro próximo. La proliferación sin control de dispositivos microondas va a aumentar considerablemente la radiación ambiental, siendo muy compleja e impredecible la forma en lo que lo hará.

El objeto de este informe es llamar la atención sobre las amenazas potenciales que el uso no controlado e irresponsable de estos aparatos podría suponer para los seres humanos, los animales y la vegetación, mencionado de pasada algunos de las principales fuentes de radiación microondas:

1. Usos domésticos y privados de los dispositivos de microondas, es decir, hornos microondas, etc

2. El uso en los automóviles de los sistemas de radar para evitar colisiones, etc.

3. Sistemas de señalización de tráfico

4. Antenas

5. Comunicaciones en tierra donde se requiera la necesidad de repetidores muy próximos entre sí           debido a la atenuación.

6. Grandes comunicaciones terrestres por satélite.

CONSIDERACIONES BIOLÓGICAS DE LA RADIACIÓN DE MICROONDAS

En vista de la falta de conocimientos sobre los efectos biológicos de la radiación de microondas, las siguientes acciones deben ser realizadas:

1. Un estudio sistemático de los efectos biológicos de la radiación debe ser iniciado.

2. Los niveles máximos permitidos de radiación para los trabajadores profesionales y el público en general deben establecidos.

Amplios estudios controvertidos pero no concluyentes se han llevado a cabo en ambas áreas, Una excelente fuente de referencias hasta 1965 fue establecido por Pressman. Desde entonces han salido otras muchas publicaciones sobre el tema, entre ellas nuestras contribuciones.

La interacción de las microondas con la vida es un tema de gran complejidad. Aún queda mucho trabajo por hacer para comprender los efectos producidos por niveles bajos de radiación.

En el estudio de los efectos de las microondas se deben tener en cuenta dos factores:

            • El nivel de energía radiante

            • El tiempo de exposición

Los niveles de radiación se puede dividir en dos categorías:

           1. Térmico

           2. No térmico.

Esta división requiere algunas aclaraciones. La irradiación por intensidades por debajo de 10 mW / cm2 se considera atérmica (no térmica), ya sea general o local con irradiación de los seres humanos y animales.

En un nivel de potencia de 10 W m / cm2, la energía transformada en calor en el cuerpo es aproximadamente igual a la pérdida de calor por centímetro cuadrado de superficie corporal de los seres humanos y animales de sangre caliente en condiciones ambientales normales.

Además, los efectos relacionados con el tiempo de exposición se puede dividir en dos categorías:

         – A corto plazo

         – A largo plazo.

El tiempo de exposición y el nivel de energía de la radiación, junto con los efectos biológicos observados son tres de los factores que determinan los niveles máximos permisibles de radiación

Fuente: http://noticiasdeabajo.wordpress.com/2010/04/24/informe-sobre-los-efectos-de-las-microondas-en-los-seres-vivos-1/

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/
Materia: CRF

Tecnologías Sostenibles Mejorando Nuestro Mundo

GRUPO DE PROCESOS A ALTA PRESIÓN.

Universidad de Valladolid

Microondas

A. Descripción

El calentamiento por microondas tiene un gran número de aplicaciones en la actualidad, desde el secado de productos naturales o sintéticos hasta de fuente de energía en las reacciones químicas. El uso de microondas tiene varias ventajas, entre ellas la gran intensidad de energía por unidad de volumen, la selectividad de calentamiento y equipos muy compactos.

La utilización de esta tecnología en la extracción de aceites esenciales ha disminuído los tiempos de extracción, reducido el consumo de energía con mayores eficacias de extracción que la destilación por arrastre de vapor. La calidad de los aceites obtenidos es similar a la de los métodos tradicionales. "Solvent Free Microwave Extraction (SFME)" (Extracción por Microondas sin Disolventes) es un proceso que elimina la necesidad de aporte de agua externa (vapor) por lo que reduce enormemente el gasto energético y los residuos (aguas florales).

B. Objetivos

Dentro del estudio tenemos tres objetivos fundamentales

     1) Estudio de los mecanismos de transmisión de calor y su generación y los mecanismos de liberación del aceite esencial desde matrices vegetales.

     2) Determinación y/o estimación de los parámetros físicos necesarios, como las constantes dieléctricas, para poder describir las interacciones de los diversos materiales con los campos eléctricos presentes en el aparato generador de microondas.

     3) Comportamiento dinámico del sistema.

C. Dispositivos Experimentales

Planta de extracción discontinua: Se está estudiando el proceso de extracción en dos dispositivos de microondas distintos, uno cúbico y otro cilíndrico, donde se puede controlar la cantidad de energía de microondas liberada.

Para poder seguir la evolución de las temperaturas en los distintos puntos del proceso se utilizan sensores de fibra óptica especialmente diseñados para el trabajo con microondas.

  

Fuente: http://www.iq.uva.es/hpp/es/lineas/microondas.html

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/

Materia: CRF

ANTENAS Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

El enlace entre ambos es la línea de transmisión de RF. Su propósito es transportar la energía de RF desde un lugar hacia el otro de la forma mas eficiente posible.

Del lado del receptor, las antenas responsables de captar señales de radio desde el aire y pasarlas al receptor con mínima cantidad de distorsión, para que el radio puede decodificar la señal.

Cables:

En caso de frecuencia mayores que HF, los cables utilizados son casi exclusivamente los coaxiales, los cuales tienen un conductor central recubierto por un material no conductor denominado dieléctrico.

Aquí les daremos algunos puntos a considerar cuando elegimos un cable para utilizar con dispositivos de microondas.

CUÁNTO MAS CORTO MEJOR, la pérdida de energía no es lineal, por lo tanto duplicar el largo del cable implica perder mucho mas que el doble energía.

CUANTO MAS BARATO PEOR, los cables baratos están pensados para ser utilizados con bajas frecuencias como VHF. Los microondas requieren de los cables de mejor calidad que haya disponibles.

EVITE USAR RG-58, fue pensado para redes Ethernet, CB o radio de VHF, no para microondas.

EVITE USAR RG-213, fue diseñado para CB y radio de HF. En este caso el diámetro del cable no implica alta calidad no baja atenuación.

SIEMPRE QUE SEA POSIBLE UTILICE CABLE HELIAX, para conectar el transmisor a la antena. Cuando no haya cable heliax utilice los mejores cables LMR . Los cables heliax tienen un centro conductor solido o tubular con un conductor externo solido y corrugado que lo hace flexible.

Guías de Ondas

Por encima de los 2Ghz, la longitud de onda es lo suficientemente corta como para permitir una transferencia de energía practica y eficiente por diferentes medios.

La dimensión de la longitud de onda para las guías rectangulares y circulares se presenta en la siguiente tabla, donde X es el ancho de la guía rectangular y R es el radio de la guía circular. Todos los valores se refieren al modo dominante:

En esta tabla se contrastan de varios tipos de líneas de transmisión, trate de elegir el mejor cable de acuerdo con sus posibilidades, de forma de tener la mejor atenuación posible a la frecuencia que vaya a utilizar para su enlace inalámbrico:

Conectores y Adaptadores

Hay una gran cantidad de adaptadores y conectores diseñados para concordar con diferentes tamaños y tipos.

LOS CONECTORES BNC: El tipo BNC es un conector miniatura de conexión y desconexión rápida.

LOS CONECTORES TNC: Son una versión roscada de los BNC. Debido a que proveen una mejor interconexión, funcionan bien hasta unos 12ghz.

LOS CONECTORES TIPO N: Se puede utilizar a mas de 18ghz y se utiliza comúnmente en aplicaciones de microondas . se fabrican para la mayoría de tipos de cables.

LOS CONECTORES SMA: Son unidades subminiatura de precisión que proveen excelentes prestaciones eléctricas hasta mas de 18 GHz.

EL CONECTOR MHF: Es un conector mecánicamente equivalente. Probablemente es el conector de microondas mas pequeño utilizado ampliamente en la actualidad.

EL CONECTOR MMCX: Es una serie de conectores micro-miniatura con un mecanismo de bloqueo a presión que permite una rotación de 360 grados otorgándole gran flexibilidad.

Elección del conector apropiado:

• 
  
  
  Asegúrese de que cada conector macho en su sistema coincide con un hembra.
• 
  
  
  Intente minimizar el numero de conectores y adaptadores en la cadena de RF.
• 
  
  
  Compre no lo aga Ud. siempre que requiera es mejor que compre.
• 
  
  
  Nunca pise, ni deje caer los conectores en el piso cuando desconecte los cables.
• 
  
  
  Nunca utilice herramientas como pinza para apretar los conectores.

Antenas y Diagrama de Radiación

Las antenas son un componente muy importante de los sistemas de comunicación. Por definición, una antena es un dispositivo utilizado para transformar una señal de RF que viaja en un conductor, en una onda electromagnética en el aspecto abierto.

Tipos de Antena

UNA CLASIFICACION DE ANTENAS PUEDE BASARSE EN:

FRECUENCIA Y TAMAÑO: Las antenas utilizadas para HF son diferentes de las antenas para microondas. En este caso estamos particularmente interesados en las antenas que trabajan en el rango de microondas, especialmente en las frecuencias de los 2,4 GHz y 5 GHz.

DIRECTIVIDAD: las antenas pueden ser omnidireccionales, sectoriales o directivas. Las antenas omnidireccionales irradian aproximadamente con la misma intensidad en las direcciones del plano horizontal, es decir en los 360 grados.

CONSTRUCCION FISICA: Las antenas pueden construirse de muchas formas diferentes, desde simples mallas, platos parabólicos , o latas de café. Cuando consideramos antenas adecuadas para el uso en WLAN de 2.4GHZ, se puede utilizar otras clasificaciones.

APLICACIONES: Los puntos de acceso tienden a hacer redes punto a multipunto, mientras que los enlaces remotos son puntos a punto. Esto implica diferentes tipos de antenas. Ahora presentaremos una breve lista de tipos comunes de antenas para la frecuencia: 2.4ghz, con una descripción de la información básica acerca de sus características.

Antena de 1/4 de longitud con plano de tierra

Esta antena esta diseñada para transmitir una señal polarizada verticalmente. Consiste en un elemento de ¼ de longitud de onda como medio dipolo, y tres o cuatro elemento de un ¼ de longitud de onda inclinados de 30 a 45 grados hacia abajo.

Antena Yagi

Una yagi típica tiene un reflector y uno mas directores. la antena propaga la energía del campo electromagnética en la dirección que va desde el elemento activo hacia los directores, y es mas sensible a la energía electromagnética entrante en esta misma dirección.

Bocina

Se utilizan comúnmente como el elemento activo en una antena de plato. la antena bocina se coloca hacia el centro del plato reflector. El uso de una bocina, en lugar de una antena dipolo o cualquier otro tipo de antena en el punto focal del plato, minimiza la perdida de energía alrededor de los bordes del plato reflector.

Plato Parabólico

Las antenas basadas en reflectores parabólicas son el tipo mas común de antenas directivas cuando se requiere una gran ganancia. la ventaja principal es que puede construirse para tener una ganancia y una directividad tan grandes son difíciles de montar y están predispuestos a sufrir los efectos del viento.

Biquad

Son fáciles de armar y ofrecen buena directividad y ganancia para la comunicación punto a punto. consiste en dos cuadrados iguales de ¼ de longitud de onda como elemento de radiación y un plato metálico o malla como reflector.

Teoría de Reflectores

La propiedad básica de un reflector parabólico perfecto es que convierte una onda esférica irradiada desde un punto fuente ubicado en el foco, en una onda plana. Recíprocamente, toda la energía recibida en el plato desde una fuente distante se refleja en un punto único en el foco del plato.

Amplificador

Un amplificador se conecta entre el transmisor de radio y la antena, y tiene un cable adicional que se conecta a una fuente de energía. Existen amplificadores para trabajar a 2.4ghz, que agregan varios vatios de potencia a su transmisión.

Incovenientes:

• 
  
  
  Son caros.
• 
  
  
  Va a necesitar por lo menos dos amplificadores.
• 
  
  
  No proveen direccionalidad adicional.
• 
  
  
  Los amplificadores generan ruido para otro usuario de la banda.
• 
  
  
  Utilizar amplificadores puede ser ilegal. Cada país impone limite de potencia para el espectro sin licencia.

Diseños Prácticos de Antenas

• 
  
  
  El costo de antenas de 2400mhz ha bajado drásticamente desde la introducción del estándar 802.11b.
• 
  
  
  Los diseños innovadores utilizan partes simples y pocos materiales para conseguir imponentes ganancias con pocos pasos de fabricación.

USB dongle como iluminador de un plato:

Posiblemente el diseño de antenas mas simples es el uso de una parábola para dirigir la salida de un dispositivo inalámbrico USB. Poniendo la antena dipolo, interna presente en el dispositivo inalámbrico en el mismo.

 Omni Colineal:

Puede usarse para una cobertura punto a multipunto de corta distancia, en interiores o exteriores. La placa tiene un agujero perforado en el medio para colocar el chasis del conector tipo N el cual se atornilla en el lugar.

Lista de Componentes:

• Un conector tipo N hembra de rosca.
• 50 cm de alambre de bronce o de cobre de 2 mm de diámetro.
• Una placa metálica cuadrada de 10x10cm o mas grande.

Herramientas Requeridas:

• Regla
• Pinzas
• Lima
• Estaño y soldador
• Taladro con un juego de mechas para metal (incluyendo una mecha 1,5cm de diámetro)
• Un pedazo de tubo, o una mecha con un diámetro de 1cm
• Prensa o abrazadera
• Martillo
• Llave inglesa.

Antena de lata o de guía-onda:

Esta antena algunas veces llamada cantenna, utiliza una lata como guía de onda y un cable corto soldado a un conector N como sonda para la transmisión del cable coaxial a la guía de onda.

Lista de Componentes:

• Un conector tipo N hembra atornillable.
• 4cm de alambre de bronce o de cobre de 2 mm de diámetro.
• Una lata de aceite de 8.3 cm de diámetro 21cm. De largo.

Herramientas Requeridas:

• Abrelatas
• Reglas
• Pinzas
• Lima
• Soldador
• Estaño
• Taladro con un juego de mechas para metal (incluyendo una mecha 1,5cm de diámetro)
• Prensa o abrazadera
• Llave inglesa
• Martillo
• Perforadora/sacabocados.

La antena de lata como alimentador de plato

Al igual que con la parabólica con dongle USB, se puede utilizar el diseño antena de lata como un alimentador para obtener una ganancia significativamente mayor. Monte la antena de lata en la parabólica con el lado abierto de la lata enfocando al centro del plato.

NEC2

El NEC, nombrado así por numerical electromagnética code, es un paquete de modelación de antenas gratuitas. NEC2 le permite construir un modelo de antena en 3D, y luego analiza la respuesta electromagnética de la misma.

Integrantes:

JUAREZ OCHOCHOQUE, Yermy
QUISPE HANCCO, Celia
TAMAYO CARI, Wilson Alfredo
CESPEDES MASCO, Juan Carlos
RAMOS ARPI, Huber Percy

Fuente: http://www.slideshare.net/yermy5/antenas-y-lineas-de-transmision-presentation

Ver blogger original: http://nubia-anc.blogspot.com/
Materia: CRF