Diseño de un triplicador de frecuencia de 35 a 105 GHz basado en diodos Schottky

Abstract

La generación de señales sinusoidales en el orden de las decenas y centenas de gigahertz van comúnmente asociadas con el uso de multiplicadores de frecuencia. En este contexto, el Laboratorio de Onda Milimétricas de la Universidad de Chile está interesado en adquirir el conocimiento necesario para construir estos dispositivos. El objetivo de esta memoria consiste en el diseño de un triplicador de frecuencia basado en diodos Schottky, cuya señal de entrada esté en el rango de frecuencia entre 30 a 40 GHz y su salida entre los 90 a 120 GHz. Se escogió para el diseño un triplicador basado en diodos Schottky del tipo resistivo, que entre sus características posee un gran ancho de banda operacional y buena estabilidad, pero una baja eficiencia. El diseño consiste en una conexión antiparalela de diodos, que entre otras ventajas, permite que no sea necesario polarizar el triplicador para que funcione, lo cual simplifica tanto el diseño de sus elementos como su implementación. Para validar el diseño obtenido, se hizo uso de dos programas de simulación. El primero corresponde a AWR Microwave Office, que permite hacer simulaciones no lineales mediante el método de balance de armónicas. El segundo es el programa Ansoft HFSS, que permite hacer simulaciones electromagnéticas a partir de la geometría del diseño. Solo mediante el uso de ambos programas se pudo obtener un diseño lo suficientemente robusto para justificar su construcción. Se logró diseñar un triplicador con una banda de multiplicación estable de 30 a 39,7 GHz, una eficiencia superior al 2% y una potencia de funcionamiento óptima de 17 dBm. Dada la baja eficiencia del triplicador (propio de este tipo de diseños), se sugiere la incorporación de un amplificador de potencia en su salida. Con los resultados obtenidos se valida la eficacia del método de diseño, por lo que puede ser utilizado como pauta para elementos de este tipo. Como trabajo futuro se propone estudiar el comportamiento térmico del triplicador e incorporar al diseño un disipador apropiado a sus requerimientos de temperatura, y una vez realizado esto, se propone la construcción del primer prototipo de diseño.