El Desarrollo de los Circuitos osciladores de microondas
Se puede considerar que la idea de generar una onda electromagnética como señal para comunicaciones proviene de las primeras emisiones de radio realizadas por Hertz y Marconi en 1887 y 1890, para las que utilizaban generadores de centelleo. Ya en esta época el espectro de emisión, muy ancho, llegaba hasta las microondas. En 1894, Sir Oliver Lodge acopló un tubo metálico a un generador de centelleo y comprobó que la radiación emitida poseía unas propiedades directivas muy particulares.
Sin embargo hay que esperar hasta los años 20 para encontrar las primeras experiencias de aplicación de las microondas en las telecomunicaciones, llevadas a cabo, fundamentalmente, por George Southworth en Bell Telephone Laboratories en Estados Unidos, estando sus trabajos orientados al estudio de propagación guiada.
Pero el verdadero desarrollo de las microondas está íntimamente ligado a la evolución del radar durante la II Guerra Mundial, principalmente en Inglaterra y en Estados Unidos. Por ello no es de extrañar que los primeros generadores de microondas se desarrollaran específicamente para ellos. Inicialmente se utilizaron tubos de vacío y posteriormente, con el fin de obtener una detección precisa, se emplearon bandas de frecuencias cada vez más elevadas, lo que condujo al desarrollo del magnetrón. El Klystron fue inventado en 1935 por los hermanos Russell y Sigurd Varian. Después fueron desarrollados otros tipos de generadores de microondas, como el tubo de ondas progresivas.
Hacia los años 1960 tiene lugar otra gran evolución de la tecnología de los generadores de señales: empiezan a aparecer elementos activos basados en semiconductores que van reemplazando poco a poco a los tubos de vacío como fuentes de señal a baja y media potencia. El primero de estos dispositivos fue el diodo Gunn, y posteriormente, se introdujeron otros tipos de diodos que hacen uso de los fenómenos de avalancha, de la reducción de los tiempos de tránsito o del efecto túnel. Durante los años 70 los diodos empiezan a poder ser reemplazados por transistores, bipolares o FETs.
Junto con el gran cambio habido en los elementos activos utilizados en los circuitos generadores de microondas, los elementos pasivos y de transmisión han sufrido una evolución similar. En 1956 aparece el primer elemento pasivo lineal no recíproco: un girador de ferrita inventado por C. Lester Hogan. Numerosos aisladores y circuladores de ferrita fueron desarrollados a continuación y utilizados como elementos de protección, de desacoplo y de control en gran cantidad de circuitos de microondas. Una gran evolución se ha seguido también en los medios utilizados para la transmisión de las señales, sobre todo para bajas y medias potencias, donde la utilización de guías de ondas metálicas va desapareciendo en favor de los circuitos con líneas «microstrip» o «strip-line» fabrica- das mediante las técnicas de circuitos impresos.
Sin embargo hay que esperar hasta los años 20 para encontrar las primeras experiencias de aplicación de las microondas en las telecomunicaciones, llevadas a cabo, fundamentalmente, por George Southworth en Bell Telephone Laboratories en Estados Unidos, estando sus trabajos orientados al estudio de propagación guiada.
Pero el verdadero desarrollo de las microondas está íntimamente ligado a la evolución del radar durante la II Guerra Mundial, principalmente en Inglaterra y en Estados Unidos. Por ello no es de extrañar que los primeros generadores de microondas se desarrollaran específicamente para ellos. Inicialmente se utilizaron tubos de vacío y posteriormente, con el fin de obtener una detección precisa, se emplearon bandas de frecuencias cada vez más elevadas, lo que condujo al desarrollo del magnetrón. El Klystron fue inventado en 1935 por los hermanos Russell y Sigurd Varian. Después fueron desarrollados otros tipos de generadores de microondas, como el tubo de ondas progresivas.
Hacia los años 1960 tiene lugar otra gran evolución de la tecnología de los generadores de señales: empiezan a aparecer elementos activos basados en semiconductores que van reemplazando poco a poco a los tubos de vacío como fuentes de señal a baja y media potencia. El primero de estos dispositivos fue el diodo Gunn, y posteriormente, se introdujeron otros tipos de diodos que hacen uso de los fenómenos de avalancha, de la reducción de los tiempos de tránsito o del efecto túnel. Durante los años 70 los diodos empiezan a poder ser reemplazados por transistores, bipolares o FETs.
Junto con el gran cambio habido en los elementos activos utilizados en los circuitos generadores de microondas, los elementos pasivos y de transmisión han sufrido una evolución similar. En 1956 aparece el primer elemento pasivo lineal no recíproco: un girador de ferrita inventado por C. Lester Hogan. Numerosos aisladores y circuladores de ferrita fueron desarrollados a continuación y utilizados como elementos de protección, de desacoplo y de control en gran cantidad de circuitos de microondas. Una gran evolución se ha seguido también en los medios utilizados para la transmisión de las señales, sobre todo para bajas y medias potencias, donde la utilización de guías de ondas metálicas va desapareciendo en favor de los circuitos con líneas «microstrip» o «strip-line» fabrica- das mediante las técnicas de circuitos impresos.
Por último, y en lo que se refiere a la historia de los avances tecnológicos en el campo de las microondas, no debe olvidarse que el primer satélite de telecomunicaciones, Telstar, fue lanzado en 1962, y tres años más tarde, en 1965, aparece el primer satélite geoestacionario Early Bird. Hoy en día, es innumerable la cantidad de satélites que tenemos alrededor de la Tierra, y con la llegada de la era multimedia y la telefonía móvil un tema candente es la elección de una plataforma de satélites que haga viable, de forma óptima, las amplias posibilidades que ofrecen las telecomunicaciones en la actualidad.
Los circuitos osciladores, y particularmente aquellos cuya señal pertenece al rango de las frecuencias de micro- ondas y ondas milimétricas, son ampliamente utilizados en la actualidad en las fuentes de transmisión de información y como osciladores locales: telefonía móvil, sistemas digitales de alta velocidad, transmisiones vía satélite, radar, etc., y en general, en todos los sistemas de telecomunicaciones y navegación analógicos y digitales.
Muy bajo ruido, potencia de salida elevada, gran pureza espectral, alta estabilidad, bajo coste, pequeño tamaño y fiabilidad son parámetros que hay que optimizar constantemente de acuerdo con las nuevas necesidades del mercado. Con el rápido avance de la tecnología se requiere una nueva adecuación tanto de los útiles de trabajo como de la filosofía de concepción y desarrollo de circuitos que aprovechen eficientemente estos progresos. De esta manera, una vez conocidos los principales parámetros que definen la caracterización del oscilador deben analizarse los distintos procedimientos que actualmente se utilizan para la obtención de las condiciones de oscilación en un circuito electrónico cualquiera, para posteriormente utilizar alguno de los principales métodos de diseño asistido por ordenador (CAD) usados en la concepción y diseño de estos circuitos.
Nanyoly Mendez
Electronica del estado solido
Seccion 1
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