Diseño De Una Red De Acople rf

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    Engineering

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  • UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA COMUNICACIONES ANALGICAS

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    Abstract The purpose of this paper is to design an rf coupling configuration, mainly L-type, to connect a source

    with internal resistance of 50 and a load of 1000

    ensuring maximum power transfer to the Bank and also

    allows us to have a zero transmission dc..

    Keywords impedance matching, coupling, Coupling

    impedances, maximum power transfer, quality factor,

    bandwidth, smith chart.

    Resumen El propsito para este trabajo es disear una configuracin de acople rf, principalmente de tipo L, para

    conectar una fuente con resistencia interna de 50 y una

    carga de 1000 garantizando mxima transferencia de

    potencia hacia la misma y que adems nos permita tener

    una nula trasmisin en dc.

    Palabras ClavesAcople de impedancia, mxima

    transferencia de potencia, factor de calidad, ancho de

    banda.

    I. INTRODUCCION

    El acople de impedancias en un procedimiento crucial en el

    diseo rf, ya que siempre es deseable proveer al circuito la

    mxima trasferencia de potencia entre la fuente y su carga.

    Cualquier prdida innecesaria, no slo disminuira su

    eficiencia sino que, la onda reflejada a la entrada, puede

    afectar el funcionamiento. Existen numerosos mtodos de

    acoplar la fuente a la carga, aunque en este trabajo

    enfatizaremos especialmente en el filtro tipo L con dos

    elementos un condensador y una bobina.

    Una de las formas ms simples de una red de acoplamiento de

    impedancias es la red L, la cual consta de un inductor y un

    capacitor conectados en varias configuraciones en forma de L

    como ilustra la figura 1. Los circuitos en a) y b) son filtros

    pasa-bajos, mientras que los que se presentan en la c) y d), son

    filtros pasa-altos. En general, las redes pasa-bajos se usan para

    eliminar frecuencias armnicas. Y en general estos son los 4

    tipos de circuitos que podemos obtener al disear una red de

    acople tipo L.

    Figura 1. Configuraciones acople tipo L

    En configuracin L, el orden 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 y el

    elemento reactivo que se coloca en paralelo, corresponde a la

    impedancia que tenga el mayor valor en su parte real.

    Las ecuaciones que describen este tipo de acoplamiento de red

    son las siguientes:

    = =

    1

    =

    =

    = =

    =

    ; =

    1

    El acople en L, el Q est 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.[1]

    A. Acoplamiento mediante carta de Smith

    Otro mtodo un poco menos preciso pero ms rpido para el

    acoplamiento de impedancias es mediante el uso de la carta de

    Smith[2]. Una herramienta muy potente en la cual al

    normalizar las impedancias de fuente y de carga (es decir

    dividirlas sobre un factor a conveniencia), para ubicarlas y

    calcular los elementos del acople de una forma muy

    aproximada.

    DISEO DE ACOPLES PARA RADIOFRECUENCIA Hernn Sanabria Pez

    Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas

    Facultad de Ingeniera

    Bogot, Colombia

  • UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA COMUNICACIONES ANALGICAS

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    Para hacer ms fcil el uso de la carta de Smith pueden ser

    usadas las siguientes ecuaciones:[3]

    Para componente capacitivo serie: =1

    Para un componente Inductivo serie: =

    Para un componente Capacitivo paralelo: =

    Para un componente Inductivo paralelo: =

    Donde: = 2

    X = Reactancia leda de la carta.

    B = Suceptancia leda de la carta.

    N = Factor de normalizacin.

    II. O BJETIVOS

    A. General

    Disear una red de acople de 2 (elementos tipo L) que nos

    permita transferir la mxima potencia desde una fuente con

    resistencia interna de 50 hacia una carga de 1000 a una

    frecuencia de 100MHz.

    B. Especficos

    1) Normalizar elementos para el clculo del acople por medio de la carta de Smith.

    2) Ubicar los puntos en la carta de Smith.

    3) Calcular los elementos aproximados mediante carta de Smith.

    III. METODOLOGA

    En el presente trabajo se pretende disear una red de acople

    mediante la carta de Smith que permita mxima transferencia

    de potencia y que no transmita en DC para para una fuente con

    Zg = 50 y una carga de 1000 como se ilustra en la figura 2:

    Figura 2. Red de acople a disear.

    El primer paso a realizar es la normalizacin de las

    impedancias del generador y de la carga:

    Escogeremos un factor de normalizacin de 200 de modo que

    nos facilite la ubicacin de las impedancias en la carta de

    Smith, por lo tanto las impedancias normalizadas sern:

    =50

    200= 0.25

    =1000

    200= 5

    En el ANEXO A al final de este documento, se ha utilizado

    una carta de Smith dual para ubicar los puntos anteriormente

    calculados, en donde corresponde al punto A y corresponde al punto C

    El arco AB es un condensador serie con valor:

    = 1.09 El arco BC es una bobina en paralelo con valor

    =1

    =

    1

    0.87= 1.15

    Si des-normalizamos multiplicando por el factor de

    normalizacin que escogimos en este caso 200 obtenemos:

    = 1.09 200 = 218

    = 1.15 200 = 230

    Ahora calculamos los valores de los elementos del acople:

    =1

    =

    1

    2 100 106 218= 7.3

    =230

    2 100 106= 366.05

    El circuito resultante se muestra en la figura 3:

    Figura 3. Red de acople del diseo solicitado.

    IV. CONCLUSIONES

    Es importante escoger un factor de normalizacin adecuado para poder ubicar los elementos en la carta

    de Smith.

    Al calcular los elementos con la carta de Smith hay que tener siempre presente que es necesario des-

    normalizar para no cometer errores.

    La carta de Smith es una potente herramienta que nos facilita enormemente el calculo de redes de

    acoplamiento de impedancias.

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    REFERENCIAS

    [1] Bowick Chris, RF Circuits Design, Ed Newnes, pgs.

    66-68, 1982.

    [2] http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/SWR/SmithChart

    .pdf

    [3] Cancino Fernando, Circuitos de RF y las Comunicaciones

    Analgicas, Universidad Distrital Francisco Jos De Caldas,

    cap IV pags 63-64

    ANEXO A