Amplificadores de pulso en banda C (5600–5800 MHz): selección entre 10 W y 50 W e integración submicrosegundo

En sistemas de radar, transpondedores e instrumentación que operan en la banda de 5600 a 5800 MHz, el uso de anchos de pulso tan cortos como 0,3 µs (300 ns) impone requisitos concretos de fidelidad de la envolvente y conmutación de RF. Con una duración de 300 ns, un pulso no comprimido proporciona una resolución teórica en distancia de aproximadamente 45 m, calculada mediante ΔR = (c · τ) / 2. Integrar amplificadores de potencia de estado sólido en estas plataformas exige evaluar de forma conjunta el balance de ganancia de RF y el comportamiento dinámico del módulo sobre el bus de CC.

La gama estándar de Amplificadores de Pulso RF de Estado Sólido de MCW basada en tecnología GaN incluye dos unidades complementarias en esta banda: el MCW5700M40A de 10 W y el MCW5700M47A de 50 W. Ambos módulos cubren el mismo rango de frecuencias de 5,6 a 5,8 GHz, pero ocupan posiciones funcionales distintas en la cadena de transmisión. El M40A está concebido como etapa de excitación (driver) de menor potencia, mientras que el M47A suministra 50 W de potencia de pico nominal como etapa final de RF en transmisores compactos.

Cuadro paramétrico: driver de 10 W frente a etapa de salida de 50 W

Parámetro	MCW5700M40A (Driver / Baja potencia)	MCW5700M47A (Etapa de salida / Media potencia)	Criterios de integración
Banda de frecuencia	5600–5800 MHz	5600–5800 MHz	Cobertura completa de la banda sin sintonización mecánica ni eléctrica.
Potencia de salida de pico	10 W pico (+40 dBm)	50 W pico (+47 dBm)	Potencia de pico bajo las condiciones de ensayo de fábrica.
Ganancia nominal de potencia	30 dB nominal	37 dB nominal	Ganancia para pequeña señal / nominal; la ganancia efectiva depende del nivel de excitación.
Nivel de excitación estimado	~+10 dBm (estimación de primer orden)*	~+10 dBm (estimación de primer orden)*	Calculado a partir de la ganancia nominal; verificar con curvas medidas de fábrica.
Ancho de pulso máximo	0,3 µs (300 ns)	0,3 µs (300 ns)	Límite máximo de duración de pulso; el ciclo de trabajo y la PRF se definen a nivel de sistema.
Tensión de operación	28 VCC nominal	28 VCC nominal	Alimentación nominal de 28 VCC; verificar el margen de tensión admisible con el fabricante.
Corriente indicada en catálogo	0,5 A indicado	1,0 A indicado	Dato de referencia de catálogo; no representa la corriente de pico instantánea del pulso.
Conectores de RF	SMA Hembra (50 Ω)	SMA Hembra (50 Ω)	Interfaces coaxiales estándar para puertos de entrada y salida.
Dimensiones mecánicas	140 × 85 × 25 mm	160 × 90 × 25 mm	Chasis compacto de aluminio con refrigeración por conducción.

*Nota: Los niveles de excitación constituyen estimaciones de primer orden obtenidas restando la ganancia nominal de la potencia de pico nominal (+40 dBm − 30 dB = +10 dBm; +47 dBm − 37 dB = +10 dBm). No representan una especificación garantizada de saturación; el nivel real requerido debe confirmarse con las curvas medidas de potencia de salida frente a potencia de entrada de fábrica.

¿Qué módulo debe especificar para su arquitectura?

La elección depende de la potencia de salida requerida, la posición del amplificador en la cadena de RF y los condicionantes térmicos del sistema.

Especifique el MCW5700M40A (10 W) si:

• Requiere excitar etapas posteriores de mayor potencia: Se necesita un driver intermedio para amplificadores de tubo o módulos sumadores de estado sólido que requieran entre +37 y +40 dBm de señal de entrada.
• Trabaja con restricciones severas de SWaP-C: El equipo se instala en contenedores para UAV o mástiles ligeros donde reducir 20 mm de longitud en el chasis y optimizar el volumen resulta crítico.
• Dispone de un presupuesto de alimentación primaria limitado: La fuente del sistema no puede absorber los picos de corriente instantánea demandados por una etapa de 50 W.

Especifique el MCW5700M47A (50 W) si:

• Diseña la etapa final de un transmisor compacto: El transmisor se destina a vigilancia costera de corto alcance, radar meteorológico o transpondedores tácticos donde 50 W de potencia de pico aportan el eco suficiente sin añadir etapas de potencia posteriores.
• Busca simplificar la cadena de ganancia previa: Con una ganancia nominal de 37 dB, un cálculo de primer orden sitúa en aproximadamente +10 dBm el nivel de entrada correspondiente a la potencia de pico nominal. La posibilidad de conectar directamente un excitador de radar o un sintetizador DDS debe verificarse a partir de su potencia máxima de salida y de las curvas medidas de potencia de salida frente a potencia de entrada del amplificador.

Presupuesto de excitación de entrada y precauciones de cascada interetapa

Dos dudas habituales de integración radican en saber si un sintetizador estándar puede excitar estos módulos directamente y si la versión de 10 W puede emplearse como driver directo de la de 50 W.

• Compatibilidad con niveles de excitador: A partir de las cifras de ganancia nominal (30 dB y 37 dB), el nivel de entrada estimado de primer orden correspondiente a la potencia de pico nominal es de aproximadamente +10 dBm en ambos modelos. El nivel de excitación real debe determinarse a partir de los datos medidos de potencia de salida frente a potencia de entrada. La viabilidad de conexión directa debe contrastarse con la potencia máxima de salida del excitador y el nivel de ataque requerido por el módulo.
• Precauciones de conexión en cascada: El MCW5700M40A no debe conectarse directamente a la entrada del MCW5700M47A. El módulo de 10 W entrega +40 dBm, un nivel muy superior al nivel de excitación esperado para la etapa de 50 W y que podría sobrecargar su entrada. El límite máximo admisible de entrada debe confirmarse con el fabricante.
• Pruebas de banco con atenuador: Si se utiliza el M40A como excitador del M47A en un banco de pruebas, es imprescindible interponer un atenuador de potencia calibrado. El valor de atenuación debe calcularse a partir de la potencia de salida real del driver y el límite máximo admisible de entrada confirmado por el fabricante para la etapa final.

Dimensionamiento del bus de CC: consumo medio frente a corriente de pulso instantánea

Los valores de catálogo (0,5 A para el M40A y 1,0 A para el M47A) sirven de referencia para el sistema. Al dimensionar las fuentes de 28 VCC y el cableado, deben considerarse dos factores:

• Corriente de catálogo frente a corriente de pulso instantánea: La corriente indicada en catálogo no representa la corriente de pico instantánea durante el pulso. Durante el intervalo activo, el amplificador experimenta una variación brusca de carga. La forma de onda de corriente resultante depende del punto de trabajo del transistor, el ciclo de trabajo, el circuito de polarización y la conversión interna de energía. Debe solicitarse al fabricante la forma de onda de corriente pulsada medida para dimensionar la fuente y la red local de desacoplo. Con ciclos de trabajo reducidos, la corriente media se mantiene moderada, pero la fuente de 28 VCC debe tolerar escalones rápidos de carga sin disparar protecciones por sobrecorriente.
• Inductancia del cableado: Los conductores entre el bus de CC y el amplificador introducen inductancia parásita (V = L · (di/dt)). Durante los flancos submicrosegundo del pulso, esta inductancia provoca caídas transitorias de tensión en los terminales del módulo, lo que puede inducir caída de la cima del pulso (droop) o sobreoscilaciones.
• Desacoplo local: Instalar un banco de condensadores (electrolíticos o de polímero de bajo ESR en paralelo con condensadores cerámicos de alta frecuencia) junto a los terminales de alimentación del módulo. Esta reserva suministra la carga instantánea durante el pulso de 300 ns sin degradar la estabilidad del bus de CC de 28 V.

Sincronización temporal de control e integración térmica

Generar pulsos limpios de microondas de 300 ns requiere coordinar la polarización de continua y la conmutación de RF. Conmutar directamente la línea principal de 28 VCC a intervalos de 0,3 µs no es viable debido a la capacidad del filtro de la fuente y a la inductancia de los conductores.

En una arquitectura típica de transmisión por pulsos, el bus de CC se mantiene estable mientras el control del amplificador o la vía de RF define la duración del pulso. El método exacto de control depende de la implementación del módulo y debe verificarse en la documentación de interfaz del fabricante. Pasar el amplificador a reposo en los periodos de escucha entre pulsos ayuda a reducir emisiones no deseadas y limita la disipación térmica residual, según la arquitectura del sistema.

Integración mecánica y térmica:

• Ambos módulos cuentan con chasis de aluminio (140 × 85 × 25 mm para el de 10 W; 160 × 90 × 25 mm para el de 50 W) y conectores coaxiales SMA Hembra.
• Debe garantizarse una vía de transferencia térmica eficaz a través de la superficie de montaje. Según la disipación media, las condiciones ambientales y el margen térmico requerido, puede utilizarse una placa refrigerada por conducción, un disipador de aire forzado u otra solución térmica homologada que cumpla los límites del fabricante.
• Aplicar una capa delgada y uniforme de material de interfaz térmica (TIM) de alta conductividad entre la base del módulo y el soporte mecánico para reducir la resistencia térmica por contacto.

Lista de comprobación técnica antes de especificar

Antes de congelar la selección del amplificador e iniciar el diseño de detalle del transmisor, solicite al fabricante los siguientes datos de ensayo:

• Curvas de potencia de salida frente a potencia de entrada (Pout vs. Pin): Datos medidos entre 5600 y 5800 MHz para fijar los requisitos de excitación en todo el rango de temperatura.
• Tiempos de subida y bajada del pulso: Respuesta de los flancos del 10% al 90% en la envolvente de RF para anchos de pulso de 0,3 µs.
• Caída de cima de pulso (Droop): Variación de amplitud a lo largo de 300 ns bajo los ciclos de trabajo de diseño.
• Potencia máxima admisible de entrada: Umbrales máximos absolutos de señal continua y pulsada para proteger la etapa de entrada.
• Ciclo de trabajo máximo y PRF: Límites eléctricos y térmicos para régimen de emisión continua por pulsos.
• Forma de onda de la corriente de pulso: Capturas de osciloscopio del transitorio de corriente en el bus de CC durante el pulso de RF.
• Especificaciones de la interfaz de control: Niveles lógicos, asignación de pines y tiempos requeridos de avance/retardo entre la señal de polarización y el control de RF.
• Límites térmicos de la base: Temperatura máxima admisible en la placa base y requisitos de fijación sobre el disipador.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué nivel de potencia de excitación necesitan los amplificadores de 10 W y 50 W?

R: A partir de la ganancia nominal (30 dB para el modelo de 10 W y 37 dB para el de 50 W), un cálculo de primer orden sitúa en aproximadamente +10 dBm el nivel de entrada correspondiente a la potencia de pico nominal (+40 dBm y +47 dBm, respectivamente). Dado que la ganancia experimenta compresión cerca de saturación, el nivel de excitación real debe confirmarse mediante curvas de potencia de salida frente a potencia de entrada medidas en fábrica para cada frecuencia y temperatura de trabajo.

P: ¿Es posible conectar la salida del MCW5700M40A directamente a la entrada del MCW5700M47A?

R: No. La potencia de salida de 10 W (+40 dBm) del MCW5700M40A supera ampliamente el nivel de excitación requerido por el módulo de 50 W, con riesgo de sobrecargar y dañar la etapa de entrada. La ganancia nominal de 37 dB del MCW5700M47A reduce la necesidad de etapas previas, pero cualquier prueba de banco exige intercalar un atenuador de RF dimensionado para absorber la potencia del driver y reducir la señal a un nivel seguro.

P: ¿Por qué la conformación de pulsos submicrosegundo se realiza en el camino de RF y no conmutando la fuente de alimentación?

R: Conmutar la alimentación de 28 VCC a intervalos de 0,3 µs resulta inviable por la capacidad de desacoplo de las fuentes y la inductancia del cableado, lo que genera sobretensiones transitorias y deforma el pulso. Mantener un bus de CC estable mientras se conmuta la señal de RF asegura transiciones rápidas y conserva la fidelidad de la forma de onda.

En los amplificadores MCW5700M40A y MCW5700M47A, coordinar la señal del excitador y la red de desacoplo de CC con la ganancia y el perfil dinámico de corriente del módulo garantiza un funcionamiento repetible y estable en pulsos submicrosegundo en la banda de 5600 a 5800 MHz.