Evaluación del rendimiento de radiómetros de banda W: detecciones directas versus heterodinas
Autores: Pascual, Juan Pablo; Aja, Beatriz; Villa, Enrique; Terán, Jose Vicente; de la Fuente, Luisa; Artal, Eduardo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Evaluación del rendimiento de radiómetros de banda W: detecciones directas versus heterodinas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Radiómetros
Superheterodino
Detección directa
Banda W
Rendimiento de ruido
Sensibilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 49
Citaciones: Sin citaciones
Los radiómetros de banda W que utilizan conversión hacia abajo de frecuencia intermedia (superheterodino) y detección directa se comparan. Ambos receptores constan de dos amplificadores de bajo ruido de banda W y un filtro de 80 a 101 GHz, que se ajusta al ancho de banda de recepción, en el módulo frontal. El módulo trasero del primer receptor comprende un mezclador subarmónico, amplificación de frecuencia intermedia (IF) y un detector de ley cuadrada. Para la detección directa, un detector de banda W reemplaza al mezclador y a las etapas de detección de frecuencia intermedia. El rendimiento de los receptores completos ha sido simulado requiriendo técnicas especiales, basadas en datos de la caracterización experimental de cada subsistema. En la implementación superheterodina se utiliza un oscilador local a 27.1 GHz (con 8 dBm) con un multiplicador de frecuencia x3, mostrando una ganancia de conversión total alrededor de 48 dB, una figura de ruido alrededor de 4 dB y un ancho de banda efectivo de más de 10 GHz. En el esquema de detección directa, se obtiene un rendimiento ligeramente mejor en cuanto a ruido, con un ancho de banda más amplio, alrededor de 20 GHz, ya que no hay limitación de ancho de banda de IF (~15 GHz), e incluso utilizando el mismo filtro de 80 a 101 GHz, el detector puede operar en toda la banda W. Además, el detector de banda W tiene una sensibilidad más alta que el detector de IF, aumentando ligeramente la ganancia. En ambos casos, el rendimiento del receptor se caracteriza cuando se aplica una señal de entrada de ruido de banda ancha. Las características del radiómetro se han obtenido funcionando como un radiómetro de potencia total y como un radiómetro de Dicke cuando se utiliza un chopper óptico para modular la señal entrante. Combinando estas topologías particulares de superheterodino o detección directa y modos de operación de potencia total o Dicke, se comparan y discuten cuatro casos diferentes, logrando sensibilidades similares, pero mejores rendimientos en términos de ancho de banda equivalente y ruido para el radiómetro de detección directa. Cabe destacar que esta conclusión proviene de un conjunto particular de componentes, que podríamos considerar como típicos, pero no podemos excluir otras conclusiones para diferentes componentes, especialmente para diferentes mezcladores y detectores.
Descripción
Los radiómetros de banda W que utilizan conversión hacia abajo de frecuencia intermedia (superheterodino) y detección directa se comparan. Ambos receptores constan de dos amplificadores de bajo ruido de banda W y un filtro de 80 a 101 GHz, que se ajusta al ancho de banda de recepción, en el módulo frontal. El módulo trasero del primer receptor comprende un mezclador subarmónico, amplificación de frecuencia intermedia (IF) y un detector de ley cuadrada. Para la detección directa, un detector de banda W reemplaza al mezclador y a las etapas de detección de frecuencia intermedia. El rendimiento de los receptores completos ha sido simulado requiriendo técnicas especiales, basadas en datos de la caracterización experimental de cada subsistema. En la implementación superheterodina se utiliza un oscilador local a 27.1 GHz (con 8 dBm) con un multiplicador de frecuencia x3, mostrando una ganancia de conversión total alrededor de 48 dB, una figura de ruido alrededor de 4 dB y un ancho de banda efectivo de más de 10 GHz. En el esquema de detección directa, se obtiene un rendimiento ligeramente mejor en cuanto a ruido, con un ancho de banda más amplio, alrededor de 20 GHz, ya que no hay limitación de ancho de banda de IF (~15 GHz), e incluso utilizando el mismo filtro de 80 a 101 GHz, el detector puede operar en toda la banda W. Además, el detector de banda W tiene una sensibilidad más alta que el detector de IF, aumentando ligeramente la ganancia. En ambos casos, el rendimiento del receptor se caracteriza cuando se aplica una señal de entrada de ruido de banda ancha. Las características del radiómetro se han obtenido funcionando como un radiómetro de potencia total y como un radiómetro de Dicke cuando se utiliza un chopper óptico para modular la señal entrante. Combinando estas topologías particulares de superheterodino o detección directa y modos de operación de potencia total o Dicke, se comparan y discuten cuatro casos diferentes, logrando sensibilidades similares, pero mejores rendimientos en términos de ancho de banda equivalente y ruido para el radiómetro de detección directa. Cabe destacar que esta conclusión proviene de un conjunto particular de componentes, que podríamos considerar como típicos, pero no podemos excluir otras conclusiones para diferentes componentes, especialmente para diferentes mezcladores y detectores.