92637060-2-2-acoples-de-red

24
Con elementos pasivos de parámetros concentrados

Upload: alejandro-aldana-rodriguez

Post on 19-Oct-2015

12 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

  • Con elementos pasivos de parmetros concentrados

  • Redes de Acoples Introduccin Redes resonantes

    Serie Paralelo Serie-paralelo / Paralelo-Serie Serie-paralelo / Paralelo-Serie

    Transformacin de impedancias Redes de acople de impedancias

    Red L Red Red T Acople con transformado Carta de Smith como herramienta para diseo de acoples

    [email protected]

  • Introduccin

    Los sistemas de comunicaciones de radiofrecuencia estn compuestos por circuitos o redes electrnicas que se interconectan.

    La interconexin entre redes de circuitos requiere de mxima La interconexin entre redes de circuitos requiere de mxima transferencia en potencia; cuando no se cumple mxima transferencia se deben incluir un circuito intermedio denominado acoplador.

    Acoplar consiste en emparejar impedancias de dos redes interconectadas y adems que el acoplador sea resonante.

    El estndar de las impedancias de entrada y de salida de redes de rf, es de 50 , (generadores, intrumentacin, etc.)

    [email protected]

  • Introduccin

    Frecuencia de resonancia f0: Es la frecuencia de un red L-C-R, en el

    cual la suma total de las reactancias del circuito se hacen cero

    Ancho de banda B: Son todas las componentes de amplitud en

    frecuencias que se encuentran alrededor de la frecuencia defrecuencias que se encuentran alrededor de la frecuencia de

    resonancia.

    Factor de calidad Q: Es la razn entre la reactancia y la resistencia,

    , la razn entre la conductancia y la suceptancia dependiendo de la

    configuracin de la red.

    Selectividad: Es la capacidad que tiene una red de acoples para

    atenuar componentes de frecuencia que estn por fuera del ancho

    de banda requerido. Es una consecuencia del factor Q

    [email protected]

  • Circuitos resonantes - Serie

    En un circuito serie todos loscomponentes se encuentran encascada.

    La impedancia de la red es lasuma de resistencias yreactancias.

    (2.1)

    reactancias.

    La frecuencia de resonanciaocurre cuando la reactancia Xes cero

    2 Dispositivos de [email protected]

  • Circuitos resonantes - Serie

    El ancho de banda. Est limitado por las frecuencias de

    corte alrededor de la frecuencia de resonancia.

    Ancho de banda a media potencia: Corresponden a las

    componentes que se encuentren por encima de la mitad

    de la potencia de la portadora y estn limitadas por las

    frecuencias de corte f1 (inferior) y f2 (superior).frecuencias de corte f1 (inferior) y f2 (superior).

    La porcin de espectro que est por debajo de la

    frecuencia de resonancia el circuito se comporta como

    capacitivo y la que esta por encima es inductiva tal que

    2 Dispositivos de [email protected]

  • Circuitos resonantes - Paralelo

    Para este circuito, todos loscomponentes se encuentran enparalelo.

    La admitancia de la red es lasuma de conductancias ysuceptancias.

    (2.2)

    suceptancias.

    La frecuencia de resonanciaocurre cuando la suceptancia Bes cero.

    De igual manera que el circuitoserie, se encuentran losparmetros para este circuito.

    2 Dispositivos de [email protected]

  • Circuitos resonantes P/S

    los parmetros del circuito se pueden

    encontrar por el anlisis de

    impedancias o admitancias.

    Para que este circuito sea resonantes,

    Admitancia equivalente

    (2.3)

    Para que este circuito sea resonantes,

    tambin se debe cumplir que Bt = 0

    2 Dispositivos de radiofrecuencia

    Frecuencia de resonancia del circuito

    Conductancia del circuito

    [email protected]

  • Circuitos resonantes Transformacin de

    impedancias

    Muestra los equivalentes serie-paralelo y

    viceversa, donde las impedancias en ambos

    terminales son iguales

    Con esta premisa tambin se puede concluir(2.4)

    Con esta premisa tambin se puede concluir

    que los Q tanto serie como paralelo son

    iguales:

    2 Dispositivos de radiofrecuencia

    Impedancia equivalente del circuito b, y corresponde a la del circuito a.

    Valores relacionados serie paralelo y viceversa para hacer transformaciones

    (2.4)

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red L

    Todo bloque que alimente una carga se representapor un generador y una impedancia en serie.

    Se debe cumplir el teorema de la mximatransferencia y ocurre cuando la impedancia delgenerador es igual a la impedancia de cargaconjugada. (2.5)conjugada.

    En la mayora de los casos la relacin deimpedancias no cumple con la anterior premisa,luego hay que colocar una red de a acople paraemparejar las impedancia de acuerdo al teoremade la mxima transferencia en potencia.

    El acople en L involucra 2 elementos reactivoscomplementarios como el modelo de la figura 2.3,el cual hay que hacerle un anlisis mas a fondo

    2 Dispositivos de radiofrecuencia

    (2.5)

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red L

    Al generalizar la red (2.3) con impedancias y al colocar la red de acople L invertida, se analiza la forma de acople de esta red.

    Ahora el sistema de la red de acople involucra el

    Se supone que la red con los elemento reactivos acopla,junto a los datos obtenido se la figura 2.3 se tiene

    (2.4)

    Ahora el sistema de la red de acople involucra elgenerador . Esto permite acoplar el generador yla carga por medio de los elementos reactivos,los cuales tambin cumplen con las ecuacionesencontrada si se intercambian de lugar.

    Tambin se cumple que el factor de calidad Q dela rama serie y paralela sean iguales cuando hayacople

    2 Dispositivos de [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red L

    La red en configuracin L, el orden en la colocacin de los elementos, solo influyen el tipo de respuesta en frecuencia del acople.

    Los Q de cada rama para efectos de acople deben de ser iguales, Qp = Qs.

    El elemento reactivo que se coloca en paralelo, corresponde a la impedancia que tenga el mayor valor en su parte real.

    La seal del generador solo basta con conocer la frecuencia central. La seal del generador solo basta con conocer la frecuencia central.

    [email protected]

    (2.5)

  • Circuitos resonantes ejemplos

    Ejemplo 1: La impedancia de la fuente es resistiva de 100 que se conecta a una carga resistiva de 1000 . Halle el circuito de acople pasa-bajos para una frecuencia de diseo de 100Mhz para una configuracion de acople en L.

    Solucion:

    a) El elemento en paralelo debe estar en el lado de la resistencia mayor (1000 ), esto la convierte en la Rp del circuito de tal forma que:convierte en la Rp del circuito de tal forma que:

    b) Ahora si se selecciona el elemento reactivo serie que sea capacitivo, entonces el elemento paralelo debe ser inductivo, el valor de los elementos son

    31100

    10001 ===ohmohm

    RRQ

    S

    PP

    ohmohmRQX SSS 300100*3 ===

    === 3.3333

    1000P

    PP Q

    RX

    pFMhzXfC p

    78.43.333*100*2

    1**2

    10

    =

    ==

    pipi( ) nHMhzwXLLX sS 477100*2/300/ ==== pi

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red L ejemplo

    Ejemplo 2: Un inductor de 200 uH tiene un QL = 100 y resuena con un capacitor paralelo a una fo = 1 Mhz. Hallar su equivalente serie y paralelo Rs, Rp, Xp

    Solucion:

    a) Si hay un QL esto quiere decir que la bobina tiene una Rs en serie tal que:

    ===== 5.12200*.1*2 HMhzRWLXQQ SssLpi

    La resistencia paralelo, en funcin de la resistencia en serie y el Q es:

    Tambin la reactancia en paralelo se halla:

    La inductancia en paralelo cuando Q >> 1, es similar a la inductancia en serie, entonces:

    ===== 5.12100

    RRR

    QQ SSs

    sL

    ( ) ( ) =+=+= KQRR LSp 12510015.121 22

    ( ) ( ) =+=+= KHMhzQXX Lsp 257.1100/11200*.1*2/11 22 pi===== 5.12

    100200*.1*2 HMhzR

    RWL

    RXQQ S

    Ss

    ssL

    pi

    ( ) ( ) =+=+= KQRR LSp 12510015.121 [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red L ejemplo El circuito equivalente del ejemplo 2 es

    (2.6)

    [email protected]

    (2.6)

  • Circuitos resonantes acople red y T El acople en L, el Q esta definido por la parte real de la impedancia de carga y de

    generador, luego el usuario no puede elegir esta configuracin cuando tenga que definir el ancho de banda

    Existen otros mtodos de acople como la configuracin en red pi, y T, para cuando se requiere un Q definido, independiente de las impedancias de carga y de fuente

    La red de acople consta de 3 elementos pasivos, dos bobinas y un condensador o La red de acople consta de 3 elementos pasivos, dos bobinas y un condensador o viceversa, que permiten el acople con el filtraje pasa-bajos, pasa-altos y pasa-bandas.

    Red . La denominaciones de estas redes, es por la forma como se distribuyen los componentes reactivos en el acople. Y el modelo se muestra en la figura:

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red

    (2.7)

    Se divide la reactancia X2 y se coloca una resistencia virtual en medio. Fig. a

    Luego se dividen la red en 2 subredes, con la Rv comn, y aparecen como dos redes tipo L. fig. b

    El siguiente paso consiste en desarrollar el modelo de red L con la red que tenga la resistencia mayor entre Zg y ZL. Se encuentran los valores como si fuera una red L.

    Se halla el valor de la resistencia virtual y luego se emplea en el desarrollo de la segunda subred

    Por ultimo se unen de nuevo las dos subredes con los valores encontrados para la divisin de X2 y se evala la red completa.

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red Ejemplo: Se requiere un circuito en configuracin pi para acoplar una carga RL =1000

    a un fuente que tiene una impedancia Rg = 50 , el diseo requiere un Q = 20 a unafrecuencia de resonancia fo = 100 Mhz.

    Solucin: Para esta configuracin la resistencia mayor corresponde a RL, luego la subred en L del lado de la carga, no permite encontrar Rv y las reactancias, tal que:

    ===== 501KRRXX LP

    Ahora para la red que contiene la resistencia menor, que corresponde a la red delgenerador, se halla un nuevo Q para esta red es, y con el QN se evalan las reactancias deesta red:

    =+

    =

    +=

    += 5.2

    1220

    1

    1212K

    QR

    QR

    VRLM

    ===== 5020

    13

    KQR

    QRXX L

    P

    PP

    ===== 5020*5.222 QRQRXX Vsss

    36.415.2

    5011 =

    ===

    v

    s

    S

    PN R

    RRRQ

    ===== 47.1136.4

    501

    N

    g

    P

    PP Q

    RQRXX

    ===== 9.1036.4*5.221 NVsss [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red Los signos de las reactancias X1, X21, X22, X3. se pueden combinar as: (-X1, X21, X22, -X3.),

    (X1, -X21, -X22, X3.), (X1, -X21, X22, -X3.), o, (-X1, X21, -X22, X3.). Par el ejemplo la distribucin de elementos reactivos elegida es:

    pF14610.9Mhz*100*2

    1

    X*f*2

    1C

    21021 ============ pF31.8

    50*Mhz100*2

    1

    X*f*2

    1C

    22022 ============

    11.47X

    La red final de acoples queda as:

    nH18.25Mhz1002

    11.47

    f2

    XL

    0

    11 ============ nH80

    Mhz100*2

    50

    f2

    XL

    0

    33 ============

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople red T

    (2.8)

    Se divide la reactancia X2 y se coloca una resistencia virtual en medio.

    Luego se dividen la red en 2 subredes, con la Rv comn, y aparecen como dos redes tipo L.

    El siguiente paso consiste en desarrollar el modelo de red L con la red que tenga la resistencia menor entre Zg y ZL. Se encuentran los valores como si fuera una red L.

    Se halla el valor de la resistencia virtual y luego se emplea en el desarrollo de la segunda subred.

    De igual manera que la red se unen de nuevo las dos subredes con los valores encontrados para la divisin de X2 y se evala la red completa.

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople - Transformador

    Adems de las caractersticas de acoples, tiene otras ventajas como, acople con aislamiento, sintona sencilla en la primario e inversin de fase.

    Los parmetros del transformador de rf tiene valores de la inductancia del primario Lp = L1, del secundario L2, de la inductancia mutua M o el coeficiente de acoplamiento k. El circuito equivalente del transformador es:

    [email protected]

    (2.9)

  • Circuitos resonantes acople - Transformador

    (2.10)

    [email protected]

  • Circuitos resonantes acople - Transformador

    En el software Awr microwave office eltransformador se presenta con susparmetros completos de la forma, dondeadems se incluye la resistividad de cadainductor. En el modelo circuital deltransformador hay que tener encuentradichos valores.dichos valores.

    [email protected]

    (2.12)

  • Ejercicios1. Un generador tiene Z = 75 y la carga Z = 75+j10, realice el acople mas sencillo posible para una f =

    100 MHz.2. Acople un generador en configuracin L con Zg = 50 + j20 y una carga de 75 j20, f = 150 MHz3. Se tiene una carga inductiva de 100 nH con un Q de 2, si se alimenta con un generador con impedancia

    de 50 y f =150 MHz, realice un acople en configuracin L tipo pasa-bajos, tipo pasa-altos y T tipo pasa-bandas.pasa-bandas.

    4. Suponga los parmetros de un transformador y acople el ejercicio 3 con el transformador en mencin.

    5. Para la figura (2.4), si la carga Z = 20+j12 y el elemento de acople L = 60.5 nH, cual debe ser los valores de la rama del generador para que haya acople?. f = 150 MHz.

    6. Una antena tiene una admitancia Y = 12.5 + j100 mS y se quiere medir con VNA del laboratorio, disee la red de acople para medir correctamente la antena a una f = 200Mhz. y un B = 50MHz.

    7. Simular los ejercicios en AWR.

    [email protected]