Diodos multiplicadores

Como multiplicadores de frecuencia pasivos con diodo, existe una amplia gama de productos disponibles. Aquí se presentan las diferencias y principales aplicaciones:

STEP-RECOVERY o SNAP-OFF: sin duda son los más utilizados, para aplicaciones de baja potencia, multiplicaciones elevadas > 3, generación de peines de banda ancha, para impulsos muy rápidos y pronunciados. La elección del diodo step-recovery puede definirse empíricamente con las siguientes reglas: tiempo de vida del diodo > período de la frecuencia de entrada (τ > 1/Fin), tiempo de recuperación < período de la frecuencia de salida (Trr < 1/Fout). Ejemplo con el diodo MaCom MA144769 / MA44769:
τ típico = 35 ns, 1/35ns = 28 MHz, por lo tanto aplicable para frecuencias de entrada mayores a unos 30 MHz, Trr = 150 ps, 1/150ps = 6.6 GHz, por lo tanto aplicable para frecuencias de salida hasta unos 6 GHz. Para aplicaciones a frecuencias más altas, como es habitual, se deben usar dispositivos con encapsulado cerámico, que tienen baja capacidad residual. Con los step-recovery es posible obtener factores de multiplicación muy altos y frecuencias de salida de hasta 26 GHz o más. Se utilizan en generadores de peine tipo HP 33004... para instrumentación, radares, multiplicadores de microondas con muy bajo ruido de fase, etc. El rango de precios varía de medio/alto para diodos con encapsulado cerámico hasta bajo costo con dispositivos modernos en SMD como el Macom MA144769 / MA44769 descrito en el ejemplo anterior.
Los diodos step-recovery tuvieron un gran desarrollo en los años 60-70, indispensables para las nacientes aplicaciones de microondas. Luego, con la llegada de los GaAsFet, sufrieron un lento y gradual declive. Ahora han sido redescubiertos y presentan una ventaja significativa en aplicaciones como multiplicadores de bajo ruido de fase, al ser dispositivos pasivos. Además, con la disponibilidad de dispositivos SMD de bajo costo, se vuelven cada vez más accesibles incluso para producciones en masa.

VARACTOR: generalmente utilizados para multiplicaciones de potencia media y alta, x2, x3, máximo x4, con alta eficiencia de salida, típicamente 50/60% para x2 hasta 25/40% para x4. Están disponibles para frecuencias de salida de 300 MHz a 18 GHz. Generalmente son dispositivos de tamaño medio o grande y con encapsulado cerámico, ya que deben soportar potencias más altas. Por lo tanto, es necesaria una buena disipación térmica debido a la potencia perdida, que se manifiesta como calor. A menudo el cátodo está conectado a un terminal roscado para facilitar el montaje en un disipador o directamente en el chasis de la cavidad.

COMB-GENERATOR: son dispositivos a menudo ya con conectores SMA y listos para usar, que utilizan un diodo step-recovery, para instrumentación, receptores militares, frecuencímetros, etc. Son adecuados para generar un peine de RF muy amplio hasta las microondas y más allá. Para obtener un alto factor de multiplicación y buen rendimiento, están sintonizados a la frecuencia de entrada, por lo que deben usarse solo en una frecuencia específica, por ejemplo, 500 MHz ±10 MHz para el máximo rendimiento, mientras que el peine de salida estará espaciado cada 500 MHz hasta las microondas. Estos dispositivos son de alto costo y por lo tanto se utilizan solo en aplicaciones profesionales.

Diodos varios, PIN, Varicap y Schottky: además de estas dos familias de diodos desarrolladas específicamente como multiplicadores de frecuencia, existen otros diodos diseñados para otras aplicaciones, por lo tanto con prestaciones inferiores a los step-recovery, pero de muy bajo costo. Para multiplicaciones dentro de los 100 MHz - 5 GHz y donde la eficiencia no sea crítica, se pueden usar diodos varicap, PIN o pares seleccionados de Schottky RF para duplicadores de frecuencia, así como diodos de silicio de conmutación ultrarrápida con Cj < 1pF y Trr < 1ns. También se utilizan diodos Schottky con tecnología beam-lead.
Existen varias notas de aplicación de HP, VHF Communications Q3 - 1978 y más interesante aún en VHF Communications Q3 - 2006, además de muchos artículos en la revista Dubus sobre ondas milimétricas.

Notas de aplicación:

Nota de aplicación HP n.º 1054: Low Cost Frequency Multipliers Using Surface Mount PIN Diodes