ejemplo amplificador balanceado microondas

Microondas

TEMA 4
Dispositivos Activos de Microondas I:
Amplificadores
Pasamos al terreno de los dispositivos activos: aquellos que necesitan de alimentación
DC exterior para poder realizar su función. El circuito más común, el amplificador, tiene en
frecuencias de Microondas especificidades que comienzan por los propios dispositivos
utilizados. Los típicos transistores bipolares, eincluso los habituales encapsulados, dejan paso a
componentes especiales, con tecnología y encapsulados que permitan el trabajar en frecuencias
por encima de los 10, 20, 30, 40GHz.

4.1

CARACTERISTICAS DE LOS TRANSISTORES DE MICROONDAS

El rango frecuencial máximo de los transistores bipolares convencionales está, en la
actualidad, en los 10GHz. A partir de ahí cobran importancia diferentesalternativas que vamos a
describir a continuación. Como todo lo visto hasta ahora, también estos componentes discretos
pasan a tener que cumplir especificaciones mucho más exigentes a la hora de utilizarlos en
frecuencias elevadas. Veamos un par de Tablas Comparativas de diferentes dispositivos y
diferentes tecnologías en función de la frecuencia:

Fuente: Microwave Engineering. David M.Pozar. John Wiley & Sons, Inc

Vemos que tenemos tres tipos principales de dispositivos y dos tipos de tecnologías. Empecemos
por éstas.

4.1.1 TECNOLOGIAS: Silicio (Si) y Arseniuro de Galio (AsGa)
Vemos en el cuadro que, poniendo la barrera en los 10GHz, la tecnología del Silicio
pierde su operatividad por sus mayores pérdidas intrínsecas. A partir de ahí se pasa a los
23/01/2009

Edición2009/1

4-1

Tema 4 – Dispositivos Activos de Microondas I: Amplificadores

llamados Semiconductores III-V, representando estos números romanos el grupo de la Tabla
Periódica a la que pertenecen los elementos constitutivos. El AsGa o Arseniuro de Galio es el
semiconductor más utilizado de este tipo y su uso en aplicaciones de alta frecuencia y alta
velocidad se basa en la mayor movilidadde los electrones en este material que en el Silicio. De
hecho puede tener una movilidad 4 veces mayor para el mismo campo eléctrico aplicado.
Vemos que el AsGa es la tecnología predominante en frecuencias de microondas, pues
mientras la tecnología de silicio bipolar y CMOS se queda en el techo de los 10GHz, con el
AsGa podemos llegar hasta los 60GHz. Este material se usa tanto en lafabricación de elementos
discretos como de circuitos integrados, como sucede en la tecnología del Silicio.
Las obleas de AsGa se fabrican de una forma muy similar a las de Silicio, pero su
tamaño final es menor, debido a que el material AsGa es más blando y frágil, dando lugar a
obleas de 7,5 o 10cm como máximo y además la tecnología está menos desarrollada, debido a
que las cantidades de circuitosson mucho menores a nivel mundial que la de circuitos de Si.
Otra desventaja reside en la menor conductividad térmica, 2,5 veces menor, de este
sustrato respecto al Si; lo que implica una menor capacidad de disipación y por tanto un menor
índice de integración. Sumando todo esto, la conclusión es clara: los circuitos integrados de
AsGa son bastante más caros que los de Si.

4.1.2 TECNOLOGÍAS:Silicio-Germanio (SiGe), Fosfuro de Indio (InP)
Estas tecnologías, que no aparecen en la tabla anterior por ser novedosas, empiezan a
imponerse (en el caso de SiGe) como alternativa al AsGa en la parte baja de las microondas (o
mejor dicho en la parte alta de la RF) debido a su menor costo. La de SiGe, se basa en la de
Silicio, pero con el añadido de una capa de SiGe que hace que la movilidadsea un 70% mayor,
por ejemplo en los transistores bipolares.
En cuanto al InP, es la tecnología de vanguardia de hoy en día en cuanto a velocidades
debido a la máxima movilidad de sus electrones. Veamos a continuación una gráfica
comparativa de la evolución en el tiempo de las tecnologías SiGe e InP y un cuadro comparativo
de prestaciones de dispositivos HBT y HEMT (HFET = transistor de...