Technological developments for millimeter-wave radars= Desarrollos tecnológicos para radares en bandas de milimétricas

Abstract

Los desarrollos tecnológicos en la banda de milimétricas han progresado recientemente de forma significativa gracias a la creciente disponibilidad de fuentes de generación de señal y detectores a estas frecuencias, que ofrecen elevados anchos de banda de trabajo, por lo que resultan de interés en aplicaciones tales como espectroscopía, seguridad o radio astronomía. Además, el desarrollo de tecnología en estas bandas se espera que desempeñe un papel importante en la creación de nuevos campos industriales que satisfagan determinadas necesidades de la sociedad. La banda de milimétricas comprende la región del espectro electromagnético entre 30 GHz y 300 GHz, que corresponde a una longitud de onda entre 1 y 10 mm. Esta región constituye la frontera entre la electrónica y la fotónica, que requiere el desarrollo de nueva circuitería que sea capaz de manejar mayores niveles de potencia y anchos de banda que cubran el vacío tecnológico existente. Mientras que el desarrollo de tecnología es un tema de interés por sí mismo, el desarrollo de tecnología es más efectivo en un contexto donde tenga importancia para una aplicación determinada. Las aplicaciones de seguridad, biomedicina y observación de la tierra y del espacio imponen unos requisitos que demandan soluciones innovadoras donde la tecnología radar en banda de milimétricas aporta considerables beneficios. Por tanto, la presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el desarrollo de tecnología para radares en banda de milimétricas, concretamente para dos radares a 94 GHz y 300 GHz, para aplicaciones de meteorología y seguridad, respectivamente. Ambas aplicaciones implican requisitos completamente distintos con respecto al subsistema de antenas, los tiempos de adquisición, la potencia transmitida y la generación de señal en banda estrecha y banda ancha. La primera parte de la tesis se centra en el desarrollo de tecnología para un radar a 300 GHz diseñado en el Grupo de Microondas y Radar de la Universidad Politécnica de Madrid en colaboración con la Universidad de Vigo. Los sensores radar activos en la banda de milimétricas son una tecnología competitiva para la detección a distancia de objetos ocultos bajo la ropa sin que la persona que está siendo escaneada sea consciente de ello, a diferencia de los sistemas tipo portal, lo que aumenta la vulnerabilidad de dichos sistemas. Además, al contrario que la tecnología de rayos X, la radiación es no ionizante, por lo que no existe riesgo alguno para la salud. El trabajo realizado en esta primera parte consiste en el desarrollo de tres modificaciones hardware que permiten mejorar el rendimiento del radar, con distintas alternativas en la generación de la señal radar, el uso de la información contenida en la fase y la evaluación de técnicas de polarimetría. La segunda parte de la tesis se centra en el diseño, implementación y caracterización de un radar perfilador de nubes a 94 GHz. La dinámica de las nubes sigue siendo una fuente importante de incertidumbre respecto al equilibrio energético de la tierra y al calentamiento global, ya que estas contribuyen al ciclo hidrológico y la redistribución del calor y la humedad. Este tipo de sistemas tienen gran interés en meteorología, sobre todo en el análisis de nubes sin precipitación, tanto desde un punto de vista comercial como de investigación.