Development of an auto-calibrated receiver in planar technology at millimetre-wave frequencies

• Autores: Ainara Rebollo Mugueta
• Directores de la Tesis: Iñigo Ederra Urzainqui (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Pública de Navarra ( España ) en 2015
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Lluís Jofre i Roca (presid.), Jorge Teniente Vallinas (secret.), Eduardo Artal Latorre (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Academica-e
• Resumen

  • En esta Tesis se ha desarrollado un receptor auto-calibrado en banda W para aplicaciones de captación de imágenes de manera pasiva en ondas milimétricas. El receptor propuesto en esta Tesis, tiene tres características principales. La primera es que el receptor consta de una configuración diferencial que realiza internamente la calibración del sistema. Además, a diferencia de los receptores de potencia total, esta estructura es capaz de eliminar los problemas relacionados con las inestabilidades producidas por alguno de los componentes del receptor, como por ejemplo los amplificadores de bajo ruido. La segunda característica es que el receptor está completamente diseñado en tecnología plana. Por lo tanto, una antena plana de banda ancha tipo Vivaldi puede ser integrada con el resto de componentes obteniendo un receptor más compacto y ligero que aquellos que utilizan componentes en guía de onda. Finalmente, el receptor está basado en detección directa, lo cual simplifica el extender el número de receptores. Además, el receptor propuesto en banda W utiliza un sustrato comercial de bajas pérdidas y dispositivos MMIC comerciales, como por ejemplo amplificadores de bajo ruido y detectores. Esta Tesis aborda todos los pasos necesarios para el desarrollo de receptores auto-calibrados en banda W. Primero, se lleva a cabo un análisis teórico de la configuración diferencial del receptor destacando sus principales ventajas. Una vez que el funcionamiento de la estructura balanceada del receptor ha sido analizado, se realiza el diseño de sus componentes microstrip y se explica la selección de sus dispositivos comerciales MMIC. Por un lado, los componentes microstrip que se diseñan son el híbrido en cuadratura, la transición de guía de onda WR10 a microstrip basada en una sonda de plano E y la antena Vivaldi alimentada por una transición de tecnología slotline a microstrip. Por otro lado, los dispositivos MMIC que se seleccionan son los amplificadores de bajo ruido, la carga de referencia y los detectores. Después, se ha analizado por simulación el receptor tratando de identificar el efecto de cada uno de sus componentes reales en su funcionamiento. Después de finalizar los diseños, los componentes propuestos son caracterizados. El primer paso de este proceso es el análisis de la constante dieléctrica y la tangente de pérdidas de varios sustratos para determinar sus propiedades en la banda W. A continuación, se diseña, fabrica y valida una transición en línea de guía de onda WRIO a microstrip necesaria para caracterizar los componentes planos del receptor con el equipamiento de medida basado en guía de onda en banda W. Este es el bloque básico utilizado para caracterizar los componentes fabricados, por ejemplo, el híbrido en cuadratura, la antena Vivaldi y la carga de referencia. Una vez que sus funcionamientos han sido verificados, se ha llevado a cabo el diseño y fabricación del bloque metálico que contiene todos los componentes del receptor, incluyendo los circuitos DC necesarios para alimentar los amplificadores y adecuar las señales de salida. Este bloque metálico incluye una solución innovadora, basada en una superficie de pines, para evitar la propagación de modos de cavidad que pudieran degradar el funcionamiento del receptor. Los resultados experimentales corroboran la supresión de estos modos de cavidad. Finalmente, el receptor auto-calibrado en banda W ha sido fabricado, montado y caracterizado mediante la medida de su coeficiente de reflexión de entrada, su rango dinámico, su respuesta RF-DC, su ancho de banda equivalente y su temperatura equivalente de ruido. Esta Tesis ha sido realizada dentro del marco del proyecto "Desarrollo de Receptores en banda sub-milimétrica para aplicaciones de seguridad" cuyo objetivo es el desarrollo de una cámara de imagen en ondas milimétricas para aplicaciones de seguridad. Este proyecto, liderado por la empresa española Alfa Imaging, fue financiado por el Ministerio Español de Ciencia e Innovación bajo el contrato IPT-2011-0960-390000.