Cryogenic Technology in the Microwave Engineering: Application to MIC and MMIC Very Low Noise Amplifier Design

Abstract

RESUMEN: Algunas aplicaciones tales como la radio astronomía y las comunicaciones con el espacio profundo requieren receptores muy sensibles. Esta tesis trata sobre la tecnología criogénica aplicada a la ingeniería de microondas y se centra en el diseño de amplificadores de muy bajo ruido tanto en tecnología híbrida (MIC) como monolítica (MMIC). El trabajo cubre un ancho campo de conocimiento desde la fabricación mecánica y la configuración de los sistemas hasta el diseño y medida de las aplicaciones finales. Comenzando con pautas y consejos para diseñar sistemas criogénicos (criostatos) este documento profundiza en la medida de parámetros-S y ruido. El diseño de circuitos criogénicos se inicia con el estudio de los efectos de las bajas temperaturas sobre los transistores y componentes de microondas centrándose en los dispositivos de fosfuro de indio (InP). El conocimiento adquirido en este estudio se aplica al diseño de amplificadores de muy bajo ruido en banda Ka.

ABSTRACT: Some applications such as radio astronomy and deep space communications require very sensitive receivers. This dissertation deals with the cryogenic technology applied to the microwave engineering and focuses on the design of very low noise amplifiers both in hybrid (MIC) and monolithic (MMIC) technologies. The work covers a wide field of knowledge from hardware manufacture and system set up to final applications design and measurement. Starting from guidelines and advices to design cryogenic systems (cryostats) this document goes into S-parameters and noise measurements in deep. The design of cryogenic circuits is initialized with the study of the effect of low temperatures on microwave transistors and components focusing in indium-phosphide (InP) devices. The knowledge gained with this study is applied to the design of very low noise amplifiers in Ka-band.