Conmutador

Conmutador de Fase 180º de Banda Ancha
a 30 GHz

Luis Angel Rodriguez
Actualmente, Departamento de Electrónica

Icnita S.L.

e-mail: luisangel.rodriguez@gmail.com

Abstract-The design, assembly and characterization of a
phase switch in the Ka-band based on PIN diodes is
presented. This phase switch has provided a 20 per cent
of bandwidth at 30 GHz and a phase shift around180º.
The phase switch has been made with a broadband
hybrid coupler on microstrip technology and commercial
PIN diodes HPND-4005 from Agilent. Two different
techniques to adjust the phase shift have been applied.
Input and output matching better than 13 dB, return
losses lower than 3 dB and a phase shift from 160º up to
174º have been obtained from 27 to 33 GHz.

I. INTRODUCCIÓNEste conmutador de fase de 180º en la banda de 27-33
GHz formará parte de un demostrador de un radiómetro
diferencial.

Un conmutador de 180 º es un circuito de dos accesos
con dos posibles estados. En un estado cambia su desfase, de
entrada a salida, en 180º respecto al desfase en el otro
estado.

La topología consta de un híbrido de 3dB/ 90º y de dos
diodos PIN conectados endos de sus accesos como se
muestra en la Fig. 1. Los diodos presentan una diferencia de
fase de 180º, en su coeficiente de reflexión (G3 ó G4), entre
sus estados de conducción y de no conducción. Se puede
conseguir que la respuesta en fase del parámetro S21 varíe
180º, controlando que ambos diodos PIN se encuentren
simultáneamente en estado de conducción o en estado de alta
impedancia.Fig. 1. Esquema del desfasador basado en reflexión

Debido a la simetría y a la naturaleza recíproca del
acoplador se cumplirán las relaciones dadas por (1).

S11=S22
S21=S12 (1)

Beatriz Aja, Eduardo Artal
Departamento de Ing. de Comunicaciones

Universidad de Cantabria

e-mail: ajab@unican.es

La justificación teórica del funcionamiento del circuito
desfasadorpuede obtenerse fácilmente, para ello debe tenerse
en cuenta que el coeficiente de reflexión ideal de un diodo
conectado a masa y polarizado en inversa (alta impedancia)
es igual a 1 e igual a -1 en estado de conducción.
Puesto que G
=G
=G
' , entonces el parámetro S21 viene

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dado por la expresión (2).

b2 j (2)

S =
=
(G+G
)=
j G

·'
a12

21 34Dependiendo del estado en que se encuentren los diodos,
el parámetro S21 tendrá diferente fase (3).

=G=
j

S =
j·'G=-j ; Sj·' (3)

21ON 21OFF

De esta manera, al variar el estado de conducción de los
diodos, se consigue un desplazamiento de la fase del
parámetro S21 de 180º.

La conclusión a la que se llega con estos cálculos es que
no resulta necesario un valor de G' exactamenteigual a +1 ó
-1. El único requerimiento es que el coeficiente de reflexión
presente en los puertos 3 y 4 sea igual en ambos puertos
( G3 =G4 =G
' ) y que su fase varíe 180º cuando se conmuta

el estado de polarización de los diodos. Además este desfase
debe ser plano en toda la banda de interés (de 27 a 33 GHz).

II. ACOPLADOR HÍBRIDO 3 dB / 90º
Los circuitos acopladoreshíbridos son redes de carácter
direccional que actúan como combinadores y divisores de
potencia.

A. Diseño
El objetivo fue desarrollar un acoplador híbrido 3 dB /
90º de banda ancha [1], [2], para lo cual la topología
escogida consta de dos secciones.

En el procedimiento de diseño empleado, se parte de las
especificaciones que debe cumplir el circuito, y se obtienen
los valores delas admitancias de las líneas en serie (‘Ki’) y la
de los brazos situados en paralelo (‘Hi’) de la Fig. 2.


Fig. 2. Disposición de las admitancias serie (Ki) y paralelo (Hi)

El acoplador se ha diseñado en tecnología microstrip y
los valores de admitancia, son trasladados a las dimensiones
de líneas. El substrato empleado es “Metclad”, y sus
características principales son...