Diodi moltiplicatori

Come moltiplicatori di frequenza passivi a diodo è disponibile una vasta gamma di prodotti, ecco le differenze e le applicazioni principali:

STEP-RECOVERY o SNAP-OFF: sicuramente sono i più usati, per applicazioni a bassa potenza, per moltiplicazioni elevate > 3, generazione di pettine a larga banda, per impulsi molto ripidi e veloci . La scelta del diodo step-recovery empiricamente si può definire con le seguenti regole : lifetime del diodo > periodo frequenza di ingresso ( τ > 1/Fin ) , tempo di transizione < periodo frequenza di uscita ( Trr < 1/Fout ), esempio con diodo MaCom MA144769 / MA44769:
τ typ. = 35 ns, 1/35ns = 28 MHz quindi applicabile per frequenze in ingresso maggiori di circa 30 MHz, Trr = 150 ps, 1/150ps = 6.6 GHz quindi applicabile per frequenze in uscita fino a circa 6 GHz, per applicazioni a frequenze più elevate è necessario, come al solito, utilizzare dispositivi con case ceramico quindi dotati di bassa capacità residua. Con gli step-recovery è possibile ottenere fattori di moltiplicazione molto elevati e frequenze di uscita fino 26 GHz e oltre, infatti sono utilizzati nel Comb-Generator tipo HP 33004... per strumentazione, radar, moltiplicatori a microonde con bassissimo rumore di fase ecc, la gamma di prezzo varia da medio/alta per diodi in case ceramico fino a basso costo con dispositivi moderni in SMD quali il Macom MA144769 / MA44769 descritto nell’esempio sopra.
I diodi step-recovery hanno avuto un notevole sviluppo negli anni 60 - 70 indispensabili per le nascenti applicazioni a microonde, poi con l’avvento dei GaAsFet hanno subito una lenta e graduale decadenza. Ora sono stati riscoperti e se con un significativo vantaggio nelle applicazioni come moltiplicatori a basso rumore di fase in quanto dispositivi passivi, inoltre con la presenza di dispositivi SMD a basso costo diventano sempre più accessibili anche per produzioni di massa.

VARACTOR: in genere usati per moltiplicazioni di media ed alta potenza, x2 , x3, max x4 e con alta efficienza di uscita, tipica 50/60% x2 fino al 25/40% x4 , sono disponibili in una gamma di frequenza di uscita da 300 MHz a 18 GHz. In genere sono dispositivi di medie e grosse dimensioni e in ceramica proprio per il fatto di dover sopportare potenze più elevate, è quindi necessario una sufficiente dissipazione termica dovuta alla potenza persa nel rendimento che si manifesta come potenza da dissipare, spesso il catodo è connesso al reoforo dotato di filettatura per facilitare il montaggio su dissipatore o direttamente sul contenitore della cavità.

COMB-GENERATOR: sono dei dispostivi spesso già connettorizzati con SMA e pronti all’uso che utilizzano un diodo step-recovery, per stumenzione ricevitori militari frequenzimetri ecc, adatti per poter generare un pettine RF molto largo fino alle microonde e oltre. Per ottenere un elevato fattore di moltiplicazione e un buon rendimento sono sintonizzati sulla frequenza di ingresso, quindi vanno utilizzati solo su una specifica frequenza di ingresso, es 500 MHz ±10 MHz per il massimo rendimento, mentre il pettine di uscita sarà compreso ogni 500 MHz fino alle microonde. Tali dispositivi sono ad alto costo e quindi da utilizzare solo per applicazioni professionali.

Diodi vari, PIN, Varicap e Schottky: oltre a queste 2 famiglie di diodi appositamente sviluppate come moltiplicatori di frequenza, esistono altri diodi nati per altre applicazioni, quindi con prestazioni inferiori agli step-recovery, ma a costo molto basso. Per moltiplicazioni entro i 100 MHz - 5 GHz e dove il rendimento di moltiplicazione è meno importante, si possono usare diodi varicap e PIN oppure coppie selezionate di Schottky RF per duplicatori di frequenza e anche diodi al silicio ultra fast switching però con Cj < 1pF e Trr 18 GHz, si usano anche diodi Schottky in tecnologia beam-lead.
Sono presenti varie note applicative HP, VHF Communications Q3 - 1978 e molto più interessante su VHF Communications Q3 - 2006 e molti articoli sulla rivista Dubus per le millimetriche.

Note applicative:

Nota applicativa HP n. 1054: Low Cost Frequency Multipliers Using Surface Mount PIN Diodes