Proponen un nuevo método para el diseño de filtros de microondas

¿Qué tiene en común un horno microondas con los radares, las comunicaciones por satélite, la telefonía móvil o los sistemas inalámbricos? Todos ellos utilizan microondas y ondas milimétricas en su funcionamiento. Israel Arnedo Gil, Ingeniero de Telecomunicación por la UPNA, ha propuesto un nuevo método para diseñar filtros de microondas, unos dispositivos esenciales para controlar la cantidad de energía y el tiempo que ésta tarda en ir de un punto a otro del sistema. Su trabajo de investigación ha recibido la calificación de Sobresaliente cum laude y le ha permitido mejorar determinadas aplicaciones y obtener una patente internacional en explotación.

Foto de Israel Arnedo

Los circuitos de microondas y ondas milimétricas se utilizan para generar, procesar y detectar señales electromagnéticas en un rango de frecuencia determinado —entre 1GHz y 300 GHz—. Sus aplicaciones son muy diversas: el radar (localización de personas, predicción del tiempo, control de tráfico aéreo o terrestre), la transmisión de información (telefonía, televisión, internet o datos) mediante enlaces terrestres de microondas (sistemas de repetidores) y espaciales (comunicaciones por satélite), los sistemas inalámbricos de comunicaciones, el calentamiento de alimentos y materiales y los receptores de alta sensibilidad para radioastronomía.

Según señala Israel Arnedo, todo este sinfín de aplicaciones necesita un elemento fundamental: el filtro de microondas. Su función, de modo muy simplificado, es dejar pasar unas ondas electromagnéticas y bloquear otras. El objetivo de su tesis doctoral ha sido mejorar algunas aplicaciones y lo ha conseguido mejorando las herramientas con las que se diseñan esos filtros.

“Estableciendo un paralelismo con la televisión —explica este investigador— podría decirse que si hasta ahora las técnicas de elaboración de filtros eran en blanco y negro, las técnicas de síntesis que he desarrollado han traído el color”. Entre las ventajas de su método frente a las técnicas clásicas, señala que “se obtienen soluciones para problemas que no los tenían; se obtienen soluciones más robustas de cara a la fabricación y producción en masa; y las soluciones obtenidas proporcionan mayor flexibilidad en los diseños”.

• Resultados exitosos para dispositivos clave

Las herramientas de síntesis diseñadas por Israel Arnedo Gil han sido utilizadas con éxito en tres grupos de aplicaciones: en la tecnología UWB (Ultra-Wideband), en el sector espacial y en el procesado de señales de radar.

La tecnología UWB se presenta como una evolución de las comunicaciones inalámbricas, al proporcionar mucha más flexibilidad de uso y servicios. Es también clave para implementar sistemas avanzados de seguridad (radio vigilancia) y de detección bajo tierra (personas sepultadas por terremotos, minas antipersona, etc). Por eso, es de vital importancia que el diseño de emisores y receptores sea óptimo. En colaboración con el Institute National de la Recherche Scientifique INRS-EMT y la McGill University en Montreal, Canadá, donde Israel Arnedo realizó una estancia de investigación de seis meses, diseñó dos dispositivos que pueden ser claves para la generación (emisor) y recepción (receptor) de señales UWB.

En cuanto al sector espacial, el modo en que las estaciones en la tierra y los satélites se comunican debe ser óptimo para que la calidad de la señal recibida (por ejemplo, la televisión en nuestros hogares) sea alta. “En este sentido, se ha propuesto una técnica robusta para el diseño de filtros, que ofrece mejoras frente a los utilizados en la actualidad, tanto desde el punto de vista de servicio como desde los costes”, indica.

Por último, para aplicaciones de radares con gran ancho de banda, las herramientas propuestas han permitido diseñar un dispositivo óptimo para el procesado analógico de señales a gran velocidad, lo que amplía las posibilidades de esta tecnología desde el punto de vista práctico.

Fuente: Universidad Pública de Navarra

Publicado por: Jahir Alonzo Linares Mora

C.I: 19769430     CRF

Bibliografia: http://www.plataformasinc.es/index.php/esl/layout/set/print/Noticias/Proponen-un-nuevo-metodo-para-el-diseno-de-filtros-de-microondas

Microstrip

El Microstrip es un tipo de línea de transmisión eléctrica que pueden ser fabricados utilizando placa de circuito impreso [PCB], y se utiliza para transmitir señales de microondas .

Consiste en una franja de conducción separada de la franja de masa por una capa de sustrato dieléctrico. Componentes de Microondas ,tales como antenas, acopladores, filtros, divisores, etc pueden formarse a partir de microstrip, haciendo dicho componente como una metalización sobre el sustrato. El Microstrip hasta ahora es más barato que la tecnología tradicional de guía de onda, además de ser mucho más ligero y compacto.

Las desventajas de microstrip en comparación con la guía de onda son : su baja capacidad de manejo de energía y el hecho de tener mayores pérdidas. Además, a diferencia del microstrip; no está cerrada, y por lo tanto es susceptible de captar gran cantidad de ruido

Para abaratar costos, los microstrips pueden ser construidos sobre un sustrato ordinario FR4 (estándar PCB). Sin embargo, se encontró que las pérdidas dielectricas en FR4 son demasiado elevados a nivel de microondas, y que la constante dieléctrica no está suficientemente bien controlada.

Las líneas de Microstrip también se utilizan en diseños PCB digitales de alta velocidad, donde las señales deben ser enrutadas de una parte a la otra con la mínima distorsión posible, evitando el ruido y las interferencias de radiación

• Permitividad relativa efectiva

La onda electromagnética llevada por un microstrip existe, en parte, en el sustrato dieléctrico, y en parte en el aire sobre él. En general, la constante dieléctrica del sustrato será mayor que la del aire, de modo que la onda viaja en un medio no homogéneos. En consecuencia, la velocidad de propagación se halla en algún punto entre la velocidad de las ondas de radio en el sustrato, y la velocidad de las ondas de radio en el aire. Este comportamiento se describe comúnmente declarando la constante dieléctrica efectiva (o permitividad efectiva relativa ) del microstrip, lo que la constante dieléctrica de un medio homogéneo equivalente (es decir, un resultado de la misma velocidad de propagación).

• Impedancia característica

Forma aproximada de la expresión de impedancia característica de un microstrip desarrollado por Wheeler

Ilustracion de Microstrip y formulas, tomadas de Linx Technologies document "SC Series Transceiver Module Design Guide"

Publicado por: Jahir Alonzo Linares Mora

C.I: 19769430    CRF

Bibliografia: http://es.wikipedia.org/wiki/Microstrip

Christopher Bartram RF Design

Chris Bartram has a lifetime's experience of radiofrequency circuit design, gained largely while working as an independent consultant. This breadth of experience allows him to look creatively at engineering problems, and provide novel and cost-effective solutions.

• Skillset

Chris is fundamentally a circuit designer, although he sometimes finds it difficult to draw a line between systems and circuits! In recent years, much of his energy has been directed into a number of 'difficult' areas associated with modern high performance transmitter and receiver design:

• Power amplifier design. From mW to kW. Applications have included instrumentation, CDMA, TETRA, AM and digital airband (VDL) services, SSB and constant amplitude modulation schemes to several GHz. This has included the application of broadband technologies with multi-decade frequency respose and the development of physical designs using modern materials, devices and manufacturing techniques to produce highly competitive and reproducible products. 
• Transmitter linearisation technologies. Chris has been involved in complex feedback linearisation techniques (on-frequency feedback, IF feedback, and cartesian feedback), and predistortion.
• Digital and analogue transmitter design. The implementation of transmitters in the digital domain, and particularly techniques for economically integrating linearisation technologies into medium bandwidth transmitters employing digital technology is of considerable interest. Areas of expertise in the analogue area include low-noise transmitter design. 
• Receiver Design. Particularly high linearity and low-noise receiver front-end design. Chris has had a substantial interest in this area for decades, and has an armoury of techniques at his disposal.
• Frequency synthesiser design. Including mixed DDS/phase-lock synthesis, fractional-N synthesisers and oscillator design.
• Antenna Design. Although not fundamentally an antenna engineer, Chris has considerable experience of antenna design, especially the design of efficient compact antennas integrated into equipment.
• Digital design. Although Chris has experience of digital design, it is not a strong point and he does not offer it professionally. However, he has extensive contacts with digital hardware, software and DSP specialists, and can usually suggest links to experts within these fields.
• Lecturing. Chris has lectured on post-graduate/CPD courses in RF Design at the University of Essex, for the Low Power Radio Association, Radio Frequency Investigation Limited and the Institute of Printed Circuits.
• Other areas of interest have included Low Power Radio design, and industrial uses of RF technology and support to the scientific community.

CBRFD is always happy to consider the design of one-of-a-kind projects, and to provide complete turnkey solutions for very short run and one-off experimental projects.

• Facilities

CBRFD has very adequate lab. facilities. The equipment available includes spectrum analysers, vector network analysers, high-performance signal generators, and sweeper, noise figure measurement sources and receivers, instrumentation power amplifiers, power-meters and digital millivoltmeters. There is also a good selection of passive RF devices including stub and slug tuners, couplers, power and precision attenuators, and loads up to 2.5kW. Measurements can be made at thermal extremes. Much of the equipment is is IEC625/IEEE488 linked.

CBRFD is also fortunate to have more than adequate open-site antenna and EMC test facilities, with a purpose-built 20 x 40m open-air test site. This is complemented by several additional acres of suitable land.

Computing facilities are based on a group of hetrogeneously networked MS Windows and Linux machines with firewall and up-to-date anti-virus protection. A mix of proprietary (Agilent/Eagleware Genesys, Protel, B2 Spice, NEC4WINVW, EZNec, Sonnet, Mathcad) and Open-Source (Open Office, QCad, Kicad, MuPAD, and GNU Octave - an Open Source application capable of running MATLAB scripts) software provides maximum flexibility. Outputs to customers are provided in standard formats (*.pdf, *.doc, *.xls, *.dxf, Gerber/RS274X etc.) wherever possible.

CBRFD is located near Carmarthen in south-west Wales in an RF quiet, rural environment. Fast modern roads are less than 10mins away. Travel times are typically 1hr 45min to the Severn Bridge, 3hrs to Reading, and Birmingham, and 4hrs to London. A wide range of domestic and international flights are available to Cardiff and Swansea.

Publicado por: Jahir Alonzo Linares Mora

C.I: 19769430   CRF

Bibliografia: http://www.christopherbartramrfdesign.com/

Microwave Circuit Design

Microwave Circuits are composed of distributed elements with dimensions such that the voltage and phase over the length of the device can vary significantly.

By modifying the lengths and dimensions of the device, the line voltage (and current) amplitude and phase can be effectively controlled in a manner to obtain a specifically desired frequency response of the device.

Microwave Circuits are used to design microwave amplifiers, oscillators, filters, power dividers/combiners, multiplexers, antennas and mixers.

The necessary tools for the analysis and design of microwave circuit devices require an understanding of: transmission lines, two-port networks (Z, Y, ABCD Parameters), network theory (S-parameters), impedance matching, and filter design. Much of the course will develop a deeper understanding of these fields while integrating specific applications of microwave circuit design.

1) Wireless Communications (cellular, PCS)

2) Wireless Networking

3) Digital Communications (Ground-Ground, Satellite-Ground, Satellite-Satellite)

4) Radar Systems (ground based, airborne, personal vehicles) – Target detection and identification, imaging

5) Deep Space Communications

6) Medical Imaging and treatment

7) Radio Spectrometry

What is the Microwave Circuit Designer’s Duty for Wireless Systems?

• Designing filters, mixers, amplifiers, oscillators, matching networks, packaging, and system level design of the Analog and Digital Systems
• Designing the antennas and matching networks
• Propagation Affects (multipath, signal diversity)

What are the principal future challenges?

• Miniaturized and low cost microwave circuitry (applies to cellular, PCS, GPS, on-board radar).
• Direct hand held unit communication with low earth orbit and mid earth orbit satellites
• Direct high-speed digital communication with low earth orbit and mid earth orbit with portable computers.
• Miniature high-power amplifiers with low signal to noise ratios, miniature high-Q filters, novel printed antennas, new packaging technology for combining RF and digital circuitry, reducing parasitics, improved modeling and analysis capabilities

Publicado por: Jahir Alonzo Linares Mora

C.I: 19769430   CRF

Bibliografía: http://www.engr.uky.edu/~gedney/courses/ee523/notes/Set1_Intro.pdf

La carta de Smith

La carta de Smith es un tipo de nomograma, usado en ingeniería eléctrica, que muestra cómo varía la impedancia compleja de una línea de transmisión a lo largo de su longitud. Se usa frecuentemente para simplificar la adaptación de la impedancia de una línea de transmisión con su carga.

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  Definición

La carta de Smith es un diagrama polar especial que contiene círculos de resistencia constante, círculos de reactancia constante, círculos de relación de onda estacionaria constante y curvas radiales que representan los lugares geométricos de desfase en una línea de valor constante; se utiliza en la resolución de problemas de guías de ondas y líneas de transmisión.

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  Origen

Fue inventada por Phillip Smith en 1939 mientras trabajaba para RCA, aunque el ingeniero japonés Kurakawa inventó un dispositivo similar un año antes. El motivo que tenía Smith para hacer este diagrama era representar gráficamente las relaciones matemáticas que se podían obtener con una regla de cálculo. La carta de Smith fue desarrollada en los Laboratorios Bell. Debido a los problemas que tenía para calcular la adaptación de las antenas a causa de su gran tamaño, Smith decidió crear una carta para simplificar el trabajo. De la ecuación de Fleming, y en un esfuerzo por simplificar la solución del problema de la línea de transmisión, desarrolló su primera solución gráfica en la forma de un diagrama rectangular. Phillip persistió en su trabajo y el diagrama fue desarrollado gradualmente con una serie de pasos. La primera carta rectangular fue limitada por la gama de datos que podría acomodar. En 1936 desarrolló un nuevo diagrama que eliminó la mayoría de las dificultades. La nueva carta era una forma coordinada polar especial en la cual todos los valores de los componentes de la impedancia podrían ser acomodados. Las curvas del cociente constante de la onda de la situación, de la atenuación constante y del coeficiente de reflexión constante eran todos los círculos coaxiales con el centro del diagrama. Las escalas para estos valores no eran lineales, pero eran satisfactorias. Con el tiempo la gente que trabaja en este ámbito propuso las cartas para solucionar problemas de las líneas de transmisión.

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  Usos de la carta de Smith

La carta de Smith es una herramienta gráfica usada para relacionar un coeficiente de reflexión complejo con una impedancia compleja. Se puede utilizar para una variedad de propósitos, incluyendo la determinación de la impedancia, la adaptación de la impedancia, la optimización del ruido, la estabilidad y otros. La carta de Smith es una ingeniosa técnica gráfica que virtualmente evita todas las operaciones con números complejos. Por ejemplo, se puede determinar la impedancia de entrada a una línea de transmisión dando su longitud eléctrica y su impedancia de carga.

El resultado importante es el hecho de que el coeficiente de reflexión de tension y la impedancia de entrada a la línea normalizada en el mismo punto de la línea, están relacionados por la carta de Smith. En la parte exterior de la carta hay varias escalas. En la parte exterior de la carta está una escala llamada "ángulo del coeficiente de reflexión en grados", a partir de ésta se puede obtener directamente el valor del argumento del coeficiente de reflexión.

Un par de escalas de suma importancia son las que relacionan la longitud de la línea de transmisión desde el inicio con el coeficiente de reflexión. Una de estas dos escalas está en el lado izquierdo de la carta de Smith y la otra corre en el sentido de las manecillas del reloj, ésta se denomina wavelengths toward generator (longitudes de onda hacia el generador), lo cual indica que si se utiliza esta escala se estará avanzando hacia el generador, hacia la entrada de la línea. La otra escala corre en sentido contrario de las manecillas del reloj y se denomina wavelenghts toward load (longitudes de onda hacia la carga); esto indica que, si se utiliza esta escala, se estará avanzando hacia la carga o final de la línea.

En el fondo de la carta hay un conjunto de varias escalas, una de las cuales se denomina Reflection coeff. Vol (Coeficiente de reflexión del voltaje). Si se mide la longitud del vector, trazado siempre desde el origen, se puede utilizar esta escala para conocer la magnitud del coeficiente de reflexión del voltaje.

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  Precisión de la carta

La escala angular en el borde tiene divisiones de 1/500 de una longitud de onda (0,72 grados) y la escala del coeficiente de reflexión se puede leer a una precisión de 0,02, con lo que se demuestra que es absolutamente suficiente para la mayoría de los propósitos. Por ejemplo, si la longitud de onda en cable coaxial en 1 GHz es 20 centímetros, la carta de Smith localiza la posición a lo largo del cable a 20/500 centímetros o 0,4 milímetros y resulta claro a cualquier persona que ha manejado el cable en el 1GHz que no puede ser cortado a esta precisión. Si se requiere mayor precisión, una sección agrandada de la carta se puede hacer fácilmente con una fotocopia.

NOTA:La carta es periódica con la longitud eléctrica, de periodicidad circular lambda / 2

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  Ventajas principales

Esta carta es una representación gráfica directa, en el plano complejo, del coeficiente de reflexión complejo. Es una superficie de Riemann, en que el coeficiente de reflexión es cíclico, repitiéndose cada media longitud de onda a lo largo de la línea. El número de medias longitudes de onda se puede representar por un valor de reactancia. Puede ser utilizado como calculadora de la impedancia o de la admitancia, simplemente dándo la vuelta 180 grados (simetría con el origen). El interior del círculo unidad representa el caso de reflexión de un circuito pasivo (en el origen no hay reflexión y en el borde, ρ=1, la reflexión es completa), por lo que es la región de interés más habitual. El movimiento a lo largo de la línea de transmisión sin pérdidas da lugar a un cambio del ángulo, y no del módulo o del radio de gamma. Así, los diagramas se pueden hacer fácil y rápidamente. Muchas de las características más avanzadas de los circuitos de microondas se pueden representar sobre la carta de Smith como círculos, por ejemplo, las regiones de la figura de ruido y de estabilidad de los amplificadores. El "punto en el infinito" representa el límite del aumento muy grande de la reflexión y, por lo tanto, nunca necesita ser considerado para los circuitos prácticos. Una proyección simple del lugar geométrico de la impedancia (o admitancia) en el diagrama sobre el eje real da una lectura directa del coeficiente de onda estacionaria (ROE o VSWR) a través de la escala inferior correspondiente.

Publicado por: Jahir Alonzo Linares Mora

C.I: 19769430  CRF

Bibliografia: http://es.wikipedia.org/wiki/Carta_de_Smith

Sensores químicos y biológicos

Existen numerosas tecnologías para los sensores químicos que han sido exploradas y sólo una pequeña parte de éstas han sido exitosamente comercializadas. La utilidad de los transistores orgánicos y poliméricos para los usos del sensor se presenta del hecho de que estos materiales son sobre todo productos químicos orgánicos y pueden formar interacciones químicas débiles con una variedad de analytes del vapor (un analyte es el componente de la sustancia o del producto químico que está experimentando análisis). El comportamiento semiconductor de los materiales orgánicos permite la transmisión y traducción de la información química a la información electrónica en el estado sólido. La disponibilidad de una gran cantidad de semiconductores permitirá la identificación del producto químico a través de huellas dactilares, en las cuales un producto químico particular produce un patrón ´único de respuestas con diversos semiconductores.

La corriente de drenaje de un transistor orgánico con el semiconductor activo dihexyl ´a-sexithiophene se muestra (en rojo) en la Figura (1) como una función del tiempo con el dispositivo en un ambiente de aire normal.

Figura 1) La corriente de salida de un sensor químico a base de un transistor orgánico bajo aire ambiente normal (rojo) y bajo vapor de alcohol (verde). El alcohol es suministrado por un período de entre 5 [s] y 10 [s]. La reducción de la corriente es el resultado de la retención de carga debida al alcohol.

Hay una leve disminución de la corriente con el tiempo, que es muy común en transistores orgánicos y se conoce como el efecto diagonal de la tensión. La corriente en el mismo dispositivo también se muestra (en verde) en la Figura (1) cuando una corriente de hexanol con contenido de vapor es entregada por 5 segundos. Hay un cambio marcado en la corriente que refleja el efecto de la interacción química entre el alcohol y el semiconductor en las propiedades semiconductoras. Tales cambios en la corriente son reversibles y la corriente original puede ser restaurada al disponer el transistor de forma inversa. El cambio en la corriente para más de 60 exposiciones sucesivas del dispositivo al alcohol se muestra en la Figura (2).

Figura 2) Respuesta de un transistor de oligofeno después de una repetida exposición a hexanol, el cual es suministrado por un período de entre 5 [s] y 10 [s]. Arriba, el cambio fraccional (decrecimiento) de la corriente de salida es codificada por colores. Tras cada exposición, el sensor es eléctricamente actualizado para devolver la corriente de salida al 2% de la corriente original. En la figura de abajo la corriente de carga es mostrada para más de 60 pruebas.

 En cada caso hay una restauración eléctrica que toma aproximadamente 1 minuto y que consiste de una disposición inversa del paso para liberar la carga atrapada y restaurar el dispositivo cerca de su estado original. Esta capacidad de repetición es un requisito importante para la tecnología de sensores.

El requisito siguiente es que las respuestas de diversos semiconductores a un particular producto químico son diferentes. Esto facilitará la construcción de un sensor electrónico de tipo nariz, según lo ilustrado en la Figura (3).

Figura 3) La respuesta de distintos semiconductores orgánicos/poliméricos ante varios químicos. El cambio en corriente de salida está codificado por colores, donde los azules representan incremento y los rojos decrecimiento. Las diferencias en respuestas entre semiconductores puede llevar al desarrollo de una nariz electrónica. Con el uso de más semiconductores y receptores la huella se vuelve más única.

Fuente bibliográfica: fernando hernandez vasquez trabajo de investigacion transistores electronicos organicos y polimeros.
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Dispositivos de identificación por radiofrecuencia (Etiquetas RFID)

Otra área de mayor aplicación para transistores orgánicos y poliméricos son los dispositivos de identificación por radiofrecuencia (Etiquetas RFID). Se espera que estos dispositivos puedan ser usados para identificación de productos, tal como actualmente se usan los códigos de barras. La gran barrera para alcanzar esto es el gran costo de los identificadores basados en Si, aunque están cayendo estos costos, no aseguran ser lo suficientemente bajos como para asegurar una producción a gran escala.

Esta problemática presenta una oportunidad para el uso de sistemas basados en transistores orgánicos o poliméricos. En la sección siguiente se describe el diagrama de bloques esquemático de un identificador típico y se discute su implementación funcional usando transistores orgánicos. Un identificador por radiofrecuencia típico se muestra en la figura y contiene 3 bloques funcionales principales y una antena de bobina. La antena es usada para captar la radiofrecuencia, la cual puede estar en el rango de los 125 [KHz] y los 13.56 [MHz], las cuales son las frecuencias permitidas para este tipo de dispositivos. La interfaz de RF también contiene un capacitor que almacena energía del rectificador y alimenta al resto del circuito en el identificador. Los identificadores de 125 [KHz] tienen una antena muy grande y otra serie de desventajas que han motivado el desarrollo de dispositivos que funcionan a 13.56 [MHz] para aplicaciones de identificación de objetos pequeños.

El transporte en este régimen puede ser entendido mediante la examinación de la respuesta transiente de un transistor orgánico a un escalón de voltaje aplicado en la puerta (gate) y en el drenador (drain) simultáneamente. Las cargas son inyectadas desde el electrodo fuente (source) y fluye hacia el electrodo de drenaje bajo la influencia del efecto fuente-drenaje (source-drain). Por un periodo inicial no hay una corriente de salida externa medida mientras los portadores estén transitando entre los electrodos de fuente y drenaje. Los portadores más rápidos llegan al electrodo de drenaje en este punto una corriente de salida es medida. Existe un aumento gradual en la corriente de salida a medida que la densidad del canal portador aumenta acercándose al valor de equilibrio, en tal punto la corriente de salida se estabiliza. Con transistores de pentaceno, rectificadores de 13.56 Mhz con aceptable eficiencia han sido fabricados por la OrganicID Corporation.

 

Diagrama del circuito de un rectificador de onda completa basado en transistores orgánicos de tipo p

Foto de un componente de un Identificador por radio frecuencia

El procesador digital contiene varios cientos de transistores que pueden ser p-MOS o CMOS. Las ventajas de usar un circuito tipo CMOS para esta aplicación han sido descritas previamente. El orden de velocidad de reloj del procesador es significantemente menos que la frecuencia del portador. Se espera que los circuitos de transistores orgánicos y poliméricos alcancen la velocidad requerida para éstas aflicciones.

Fuente bibliográfica: fernando hernandez vasquez trabajo de investigacion transistores electronicos organicos y polimeros.
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Papel electrónico

Uno de los primeros prototipos de basados en transistores orgánicos que fue hecho fue el papel electrónico de matriz activa. En tales sistemas, un fondo de transistores poliméricos u orgánicos, tales como celdas electroforéticas. Los elementos de la pantalla tienen efecto de memoria y son frecuentemente afectadas por campos eléctricos. Esto quiere decir que el circuito debe ser activado sólo cuando la información es cambiada y para actualizaciones frecuentes, las que son características en pantallas de cristal líquido, no son requeridos. Los requerimientos de conducción de corriente son típicamente mucho menores que aquellos necesitados para una pantalla de diodos orgánicos de matriz activa. Este factor y la naturaleza binaria de los elementos de la pantalla quiere decir que los requerimientos del transistor en términos de conducción de corriente, también como de uniformidad del desempeño eléctrico en el arreglo completo, son mucho menos exigentes. El papel electrónico frecuentemente requiere ser flexible y necesita un procesamiento sobre áreas relativamente grandes. Estos factores también juegan un rol importante en la tecnología de transistores orgánico. En un primer reporte sobre papel electrónico basado en transistores orgánicos, los transistores de pentaceno fueron usados por medios de litografía suave para dar forma a los conductores. Más recientemente, muchas compañías han intentado comercializar papel electrónico basados en componentes electrónicos poliméricos.

El plano posterior de un papel electrónico de 256 elementos. Cada píxel consta de un transistor orgánico con una longitud de canal menor a 20 micrómetros.

Fuente bibliográfica: fernando hernandez vasquez trabajo de investigacion transistores electronicos organicos y polimeros.

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Circuitos orgánicos complementarios

Hay muchas ventajas en diseñar circuitos con transistores de canal p (conducción de agujero) y canal n (conducción de electrones). En el caso del Si los circuitos semiconductores complementarios de oxido de metal (CMOS) disipan poder mayormente en las transiciones de estados. Hay muy poca disipacion estatica de energía, lo que significa que los circuitos CMOS consumen mucho menos poder que los n-MOS y los p-MOS. En los circuitos orgánicos las medidas y simulaciones han demostrado que los circuitos complementarios necesitan mucha menos potencia. De todos modos en los CMOS orgánicos, la disipación de potencia está dominada por fugas de corriente. Otras ventajas de los circuitos complementarios incluyen rapidez de diseño, gran velocidad, mucha mejor inmunidad a ruido y una gran tolerancia de variabilidad y cambios en las características operacionales de los transistores. La gran desventaja de los CMOS orgáanicos ha sido que el material del semiconductor transportador de electrones, que es necesario para los transistores tipo n, tiende a ser mas sensible al ambiente que el material usado para los transistores tipo p. En los últimos años han habido avances substanciales en mejorar la movilidad transportadora de cargas y la estabilidad de los materiales tipo n. Algunos de los materiales exitosos tipo n incluyen al hexadecafluorocopper phthalocyanine, tal como materiales de las familias de oligothiophene, fullerene, rylene imida, con movilidades de 0.1 [cm2/Vs] en exceso. La estructura de un transistor de película delgada es mostrado en la figura

Muestra esquemática de la estructura de un transistor orgánico de película delgada, se muestran las capas

principales y los contactos.

 

El más grande circuito complementario que ha sido fabrico ha sido un transistor 864 de 48 etapas de cambio que trabaja a una velocidad de reloj de 1 [KHz].

 

 

Figura: (a): Fotografía de un transistor orgánico complementario 864. Las regiones azuladas contienen los transistores de F16CuPc de tipo n y las regiones amarillas contienen los transistores tipo p de oligofeno.   (b): La respuesta eléctrica de 48 etapas de cambio. Se muestran los datos de reloj y pulsaciones. La salida de estados alternante (24 en total) se muestra verticalmente para mayor claridad. La velocidad de reloj es de 1 [Khz].

Fuente bibliográfica: fernando hernandez vasquez trabajo de investigacion transistores electronicos organicos y polimeros.

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‘Piel’ de robot, ordenadores portátiles flexibles y carteles eléctricos se crearán a partir del plástico

Treinta años después de que se demostrara que algunos plásticos son materiales aislantes que conducen electricidad, investigadores israelíes han empezado a estudiar sobre la creación de pantallas emisoras de luz orgánica y transistores basados en materiales plásticos. La “electrónica del plástico” permitirá en los próximos años desarrollar tecnologías innovadoras que sustituyan materiales como el silicio.

Algunas de las posibles aplicaciones de materiales radicales como el plástico están empezando a hacerse realidad ya que se están desarrollando carteles electrónicos, ordenadores portátiles flexibles, pantallas de televisión de alta definición de solo un centímetro de espesor. Estas innovaciones y los avances que se están haciendo en este campo se recogen en el último número de Physics World en un trabajo elaborado por investigadores de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv, Marianna Khorzov y David Andelman, y del Departamento de Electricidad e Ingeniería de Computación de la Universidad Ben Gurion, Rafi Shikler.

“Esperamos que en muchas aplicaciones estos materiales sustituyan gradualmente al silicio y a los metales, e incluso podrían hacer posible tecnologías totalmente nuevas, especialmente en el campo de la biónica, que busca unir la tecnología con los sistemas biológicos”, explican los investigadores israelíes.

Teniendo en cuenta que los analistas de mercado predicen que el valor de la industria de pantallas emisoras de luz orgánicas se multiplicará por diez, pasando de 1.500 millones a 15.500 millones de GBP en 2014, las investigaciones sobre la “electrónica del plástico” reciben un gran apoyo.

• Innovaciones tecnológicas

Entre los avances que podrían producirse en el campo de la biónica destacan los materiales sensibles pero flexibles que pueden imitar la piel. Según los investigadores, podrían ser utilizados en robots para situaciones en las que sería esencial el sentido del tacto.

La “electrónica del plástico” también dará lugar a transistores basados en materiales plásticos y pantallas emisoras de luz orgánicas que “revolucionarán” el mercado de la electrónica. Los transistores, que son el elemento constructivo básico de los dispositivos electrónicos modernos y que se fabrican tradicionalmente en silicio, serán más sencillos y baratos si se elaboran a partir de materiales de plástico. Además, como el plástico es maleable, los investigadores aventuran el desarrollo de ordenadores portátiles flexibles y ultradelgados, que sería imposible fabricar en silicio.

Las pantallas emisoras de luz convencionales que se utilizan en las televisiones, en los iPods y en los relojes digitales, son rígidas, costosas y complejas de fabricar. Las pantallas emisoras de luz orgánicas, basadas en la ingeniería electrónica del plástico son más sencillas de fabricar, más flexibles y consumen menos energía. Marcas como Sony, Samsung y Kodak están interesadas en desarrollarlas y comercializarlas.

Fuente: Institute of Physics http://www.plataformasinc.es/index.php/esl/Noticias/Piel-de-robot-ordenadores-portatiles-flexibles-y-carteles-electricos-se-crearan-a-partir-del-plastico

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Científicos japoneses crean una piel artificial sensible al calor y la presión

Afirman que el sistema es de fabricación fácil y barato.

(Scientific American, Reuters) Científicos de la Universidad de Tokio afirman haber desarrollado una piel sintética flexible con la que robots, alfombras o asientos de automóvil podrán adquirir percibir la presión y el calor. Los investigadores dicen que se trata de un invento barato y fácil de fabricar.

Takao Someya, uno de los científicos que ha participado en la investigación, señala que en la actualidad existe en el mercado piel artificial para seres humanos, pero "no tienen funcionalidad eléctrica".

Para acabar con esa carencia, la Universidad de Tokio ha creado un diseño en red que permite insertar en el tejido artificial varios circuitos electrónicos basados en transistores y que se sitúan sobre una película plástica flexible. Éstos realizan la función de sensores de calor o presión, pero podrían detectar otras muchas variables, según los investigadores".

A corto plazo, afirma el trabajo que los científicos japoneses han publicado en la revista de la Academia Nacional de las Ciencias, "será posible fabricar una piel electrónica que tenga funciones que faltan en la piel humana, integrando varios sensores, no sólo para presión y temperatura, sino también para la luz o la humedad".

El año pasado, Takao Someya y sus colegas habían anunciado el desarrollo de una piel artificial, a la que llamaron E-skin, que podía detectar presión. Esta creación, sin embargo, carecía de la capacidad de sentir calor y no era suficientemente flexible como para cubrir superficies tridimensionales como los dedos de los robots.

Ahora el equipo de Someya ha superado esos defectos incluyendo transistores de base orgánica que son sensibles a la presión y semiconductores orgánicos que son sensibles al calor, todo en un delgado film plástico. El resultado es una matriz con forma de red que los investigadores pudieron colocar sobre la superficie de un huevo y que es capaz de medir simultáneamente presión y temperatura.

• Transistores orgánicos

Un equipo internacional de investigadores dirigido por Lay-Lay Chua de la Universidad de Cambridge y Peter Ho de la Universidad Nacional de Singapore descubrió a mitad de este año que la incapacidad de los transistores orgánicos (compuestos de plásticos semi-conductores) de permitir la circulación de los electrones —una "pega" de los experimentados hasta ahora— no se debe a una incapacidad del plástico en sí, sino a una interacción con otros materiales en el transistor.

La fabricación de transistores orgánicos es barata, pero aunque permitan el desarrollo de electrónica fina, hasta ahora no ha sido posible utilizarlos para la implementación del diseño de los circuitos más rápidos, porque los plásticos no pueden transportar los electrones. Tienen que recurrir a un flujo de cargas positivas para llevar la corriente, lo que ha limitado su aplicación hasta ahora.

Pero el descubrimiento de Chua y Ho serviría para darles mayor velocidad, y por consiguiente, mayor diversidad de aplicaciones.

En un transistor la corriente pasa por un semiconductor bajo el control de un electrodo "compuerta". Esta compuerta es separada del semiconductor por un aislador, normalmente dióxido de silico. En los transistores de silicio convencionales, los electrones pasan por el semiconductor sin interactuar con el aislante. Pero en la mayoría de semiconductores plásticos, los átomos que están en la interfaz atrapan los electrones, impidiendo que estos fluyan a través del transistor. En la reciente investigación, los científicos diseñaron un aislante alternativo para sustituir el dióxido de silico y así mostraron que los semiconductores orgánicos sí pueden conducir electrones.

El avance hace posible la creación de transistores orgánicos más sencillos y de mayor calidad capaces de realizar mayor número de funciones.

Fuente bibliográfica: http://axxon.com.ar/not/153/c-1530227.htm
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Células solares de polímeros

Las células fotovoltaicas de polímeros, es una tecnología de células solares orgánicas que producen electricidad a partir de la luz con la ayuda de polímeros semiconductores. Se trata de una tecnología relativamente nueva, estudiada en laboratorios por grupos de la industria y por las universidades de todo el mundo.

Todavía en gran parte en la fase experimental, las células fotovoltaicas de polímeros, sin embargo, ofrecen perspectivas interesantes. Se basan en macromoléculas orgánicas derivadas de la petroquímica, cuyos procesos de fabricación gastan mucha menos energía que la utilizada para las células basadas en semiconductores minerales. Su costo es mucho menor y son más ligeras y menos frágiles. Su carácter flexible las hace muy adecuadas para la integración en materiales flexibles o polímeros orgánicos o en siliconas, incluso en fibras textiles. Su desarrollo puede construirse sobre la investigación en ingeniería química, por ejemplo, en el auto-montaje de estas moléculas.1 Su principal debilidad radica en su tiempo de vida limitado por la degradación de los polímeros cuando son expuestos a la luz del sol.

La física subyacente en el efecto fotovoltaico de los semiconductores orgánicos es más complicada de describir que la de las células de semiconductores minerales. Se trata de los diferentes orbitales moleculares, algunos ocupando el papel de banda de valencia, otros de banda de conducción, entre dos moléculas distintas, que actúan, una como donante de electrones y la otra como aceptor, organizadas en torno a una heterounión como en el caso de los minerales semiconductores.

1. Las moléculas que sirven de donantes de electrones (para la generación de excitaciones, es decir, de pares de electrones -agujero) se caracterizan por la presencia de electrones π, por lo general en un polímero conjugado llamado de « tipo p ».

2. Estos electrones pueden ser excitados por los fotones visibles o cerca del espectro visible, haciéndoles pasar de la orbita molecular alto ocupada (desempeñando un papel similar a la banda de valencia en un semiconductor inorgánico) al orbital molecular bajo vacante (desempeñando un papel similar a la banda de conducción): es lo que se llama la transición π-π *(que, corresponde según la analogía con los minerales semiconductores, a la inyección de los transportadores en la banda de conducción a través de la banda prohibida). La energía necesaria para esta transición determina la longitud de onda máxima que puede ser convertida en energía eléctrica por el polímero conjugado.

3. Al contrario de lo que ocurre en los semiconductores inorgánicos, los pares de electrones - hueco en un material orgánico, se encuentran cerca, con un fuerte acoplamiento (y la energía del enlace está entre 0,1 y 1.6 V), la disociación de los excitones se alcanza en la interfase con un material aceptor de electrones en el marco del efecto de un gradiente de potencial químico en el origen de la fuerza electromotriz del dispositivo. Estos aceptores de electrones se conocen como «de tipo n».

Las células fotovoltaicas orgánicas utilizan a menudo películas de poli (naftalato de etileno) (PEN), como revestimientos de protección en la superficie, cuya función principal es evitar la oxidación de los materiales orgánicos que constituyen las células fotovoltaicas orgánicas: el O2 es una impureza que actúa como un centro de recombinación electrón-hueco, degradando el rendimiento de los componentes electrónicos. Bajo estas capas de protección se encuentran una o varias unión p-n entre materiales donantes y materiales aceptores de electrones, como en las células solares clásicas de semiconductores minerales.

Un ejemplo práctico es insertar moléculas fulereno (C 60) como aceptores de electrones (tipo n) entre las cadenas de polímeros conjugados (como el PEDOT:PSS, formado por poli (3,4-ethylenedioxythiopheno) (Pédot) como donante de electrones (tipo p) mezclado con poli (sulfonato de estireno ) (PSS) para garantizar su solubilidad).

Fuente bibliografica: http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulas_solares_de_pol%C3%ADmeros

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Tinta electrónica

La tinta electrónica o papel electrónico es una tecnología que permite crear pantallas planas, tan delgadas como un papel, y con una flexibilidad que permite que se puedan enrollar. Estas pantallas representan información en blanco y negro y no permiten visualizar imagen en movimiento. En 2007 apareció el primer papel electrónico en color.

• Tecnología

La tecnología de tinta electrónica intenta solucionar algunos problemas de las pantallas TFT y de cristal líquido como son el gran tamaño, la poca maniobrabilidad y el reducido rango de visión. Esta nueva técnica consigue reducir el consumo ya que no necesita retroiluminación y una gran movilidad al ser de 3 mm de grosor y ser flexible.

Las pantallas están formadas por tres capas, una con microtransmisores eléctricos, otra con el polímero y la tercera con una lámina protectora. En el polímero encontramos una matriz de millones de cápsulas que están flotando en un gel que permite que sean estimuladas electromagnéticamente. Mediante esta estimulación cada cápsula pasa a mostrar su cara blanca o negra, de manera que en la pantalla se representa un texto o gráfico.

En esta parte es donde se diferencia las dos tecnologías que compiten por el desarrollo, E-Ink y Gyricon. Gyricon, desarrollada por Xerox es la pionera en este campo pero la que menos resolución presenta. Las cápsulas son esferas con dos partes, una mitad negra y otra blanca, la primera cargada positivamente y la blanca negativamente. De esta forma al estar sumergida en gel si el transmisor eléctrico es positivo la parte negra tiende a subir y si se aplica una carga negativa aparecerá la blanca, la combinación de estas cápsulas consigue representar los textos o gráficos. E-Ink, desarrollada posteriormente es la más utilizada ya que consigue una mayor resolución. En este caso las cápsulas están rellenas de partículas de titanio blancas y negras cargadas eléctricamente, sumergidas en un líquido viscoso. Cada cápsula está asociada a dos transmisores y de esta forma se puede conseguir que asciendan todas las partículas negras, todas las blancas o mitad y mitad, de manera similar al método usado por Xerox.

Las principales ventajas de la tinta electrónica son resoluciones efectivas superiores a los 150 dpi, superando claramente a los 70 dpi de las TFT o LCD. Además, al no necesitar retroiluminación y disponer de mayor brillo que las TFT se consigue una visualización desde cualquier ángulo, incluso con luz del sol. También se consigue un ahorro de energía considerable, ya que no es necesario voltaje para conseguir mantener la imagen en pantalla una vez representada.

Pero no todo son ventajas. Esta tecnología presenta dos grandes inconvenientes: por un lado, aunque sí se han conseguido desarrollar pantallas a color, éstas son muy caras (12.000€ aprox.), y por otro, la velocidad de actualización no es muy elevada. Sin embargo, es ideal para aparatos lectores de libros electrónicos. Algunos modelos ya han empezado a aparecer en el mercado.

• Motivos de su creación

El desarrollo de esta tinta se debe a razones ecologistas, al ser la prensa el mayor consumidor de papel y tener los periódicos un periodo de vida de 24 horas, se ahorraría 300 toneladas diarias de papel; lo que se ha ganado el apoyo del público e incluso de grandes diarios como el New York Times, el cual planea un servicio de suscripción una vez que esta tecnología se popularice.

Además, otro uso posible es como lector de eBooks

Fuente bibliografica: http://es.wikipedia.org/wiki/Tinta_electr%C3%B3nica

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Primer instituto de electrónica orgánica en Brasil

La Universidad de Sao Paulo (USP, para los amigos) es una de las más grandes de Latinoamérica, con un presupuesto anual de más de mil millones de dólares y siete campus.

Uno de ellos se ubica en Sao Carlos y acaba de inaugurar el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología en Electrónica Orgánica (INEO). Este departamento forma parte del área de Física y es coordinado por el profesor Roberto Mendonça Faria.

El objetivo del centro es desarrollar productos electrónicos, a partir de moléculas orgánicas como carbono e hidrógeno. Algunos de los dispositivos ya se encuentran en etapas avanzadas de desarrollo como pantallas flexibles y monitores para computadores y televisores, basados en OLED (Diodo orgánico que emite luz, en español).

En un futuro no muy lejano se inaugurará un postítulo en el área de electrónica orgánica, para los que sueñan con crear nuevos monitores y no hablan ni japonés ni coreano.

Según el coordinador del instituto:

“La meta será masificar la electrónica orgánica en las escuelas y colegios, a través de charlas de nuestros investigadores y de una página web, que será desarrollada pronto”

Fuente bibliográfica: http://images.google.co.ve/images?hl=es&source=hp&q=Primer+instituto+de+electr%C3%B3nica+org%C3%A1nica+en+Brasil&gbv=2&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=

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Electrónica orgánica: un negocio por valor de 30.000 millones de dólares para el año 2015

CAMBRIDGE, Inglaterra, July 18 /PRNewswire/ -- Las nuevas investigaciones realizadas por IDTechEx han descubierto que la electrónica orgánica se convertirá en un negocio por valor de 30.000 millones de dólares en el año 2015, sobre todo en lo que respecta a la lógica/memoria, pantallas e iluminación. El informe, titulado "Organic Electronics Forecasts, Players & Opportunities 2005-2025", indica que se podrían alcanzar los 250.000 millones de dólares en el año 2025, y las ventas más importante se darían en los sectores de la lógica/memoria, pantallas OLED para productos electrónicos; tablas y firmas OLED; pantallas orgánicos no emisores; e iluminación, baterías y productos fotovoltaicos.

Casi todos estos productos serán flexibles, y su construcción laminar se imprimirá utilizando la misma técnica o procesos similares.

• El nuevo kit de herramientas electrónico

Los productos orgánicos electrónicos utilizan delgadas películas de transistores y pantallas para productos electrónicos. Aún así, funcionan en plataformas mayores, como los instrumentos de láser orgánicos, células de combustible, baterías, fotodetectores y muchos más productos integrados de impresión, con la finalidad de que se depositarán utilizando tintas similares a altas velocidades similares, o con el mismo equipamiento. Esto supone un menor coste de los productos electrónicos y de la electricidad, con una gran fiabilidad debido al menor número de interconexiones y a la mejora de la resistencia a los daños.

Por otra parte, las investigaciones de IDTechEx se aplican en todas las aplicaciones y en un marco de tiempo de 20 años, ya que el desarrollo puede durar mucho tiempo.

"Hemos intentado evitar el optimismo registrado en muchas encuestas realizadas durante el pasado", comentó el principal autor del informe, el doctor Peter Harrop. "Los progresos han sido exponenciales, no lineares, y en 2025 los negocios rivalizarán con los chips de silicio en tamaño, a pesar de que no supondrán un impacto considerable en las ventas de los chips de silicio".

• Sorpresas y oportunidades

IDTechEx ha experimentado un gran choque entre las necesidades de los mercados y los proveedores potenciales y su progreso. Al contrario que la opinión popular, IDTechEx ha descubierto que se creará buena parte del nuevo mercado orgánico. Allí donde los productos electrónicos nuevos y existentes reciban impactos, variará la extensión. También se suministrarán los ejemplos y los estudios de los casos de las necesidades de las diferentes industrias.

IDTechEx cree que hay otras pocas tecnologías que experimentarán un impacto similar en la industria en los próximos veinte años. La electrónica orgánica en forma de paquete pequeño, listas electrónicas, posters, firmas y libros electrónicos impactarán en la impresión convencional y la industria editorial. La iluminación orgánica hará mella en las ventas, tanto de la iluminación incandescente como de la fluorescente.

Los desarrolladores de tinta, equipamiento de impresión y procesamiento podrán disfrutar del espectro completo de su oportunidad. Para conocer todas las previsiones que le ayuden a comprender el nuevo informe de IDTechEx titulado "Organic Electronics Forecasts, Players and Opportunities 2005-2025", visite la página web www.idtechex.com.

Distributed by PR Newswire on behalf of IDTechEx Ltd

Fuente bibliográfica: http://www.prnewswire.co.uk/cgi/news/release?id=150306
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