ACOPLAMIENTO DE CARGAS EN GUIAS DE ONDA

PRACTICA DE LABORATORIO N 4

ACOPLAMIENTO DE CARGAS EN GUIAS DE ONDA

Introducción:

En sistemas de comunicaciones sucede que muy a menudo se utilizan cables coaxiales o guías de onda como medios para transmitir una señal que lleva una gran cantidad de información, ya sea como enlace directo entre transmisor y receptor, o como alimentador para llevar la señal eléctrica desde o hacia una antena. El efecto que puede introducir un desacoplamiento de impedancias a lo largo de la guía ya lo hemos estudiado y habíamos llegado a la conclusión de que se incrementan las pérdidas en la guía y además disminuía la potencia en la carga; sin embargo, desde el punto de vista de la información llevada por la portadora de alta frecuencia los efectos son aún más graves: la señal reflejada, producto del desacoplamiento, puede aparecer en el extremo receptor luego de sucesivas reflexiones dando lugar a una interferencia conocida como "eco", la cual, si bien puede ser imperceptible en transmisiones de voz, tiene un efecto indeseable en la señal de vídeo (fantasmas), y es aún más peligrosa en la transmisión de datos pues conduce a "errores de transmisión", o sea, alteraciones de la información enviada.

Por las razones antes expuestas, y otras más, es necesario mantener el desacoplamiento de impedancias lo más bajo posible y para ello es necesario introducir elementos que compensen las diferencias entre la impedancia de una carga y la guía de onda. Teóricamente el acoplamiento se obtiene cuando el valor de ROE es igual a 1; en la práctica por la influencia de capacitancias parásitas u otras perturbaciones se obtiene un valor de ROE cercano a 1. Un buen acoplamiento significaría disminuir lo más posible este error.

Sistemas de acoplamiento:

La forma de realizar el acoplamiento es, en general, por medio de elementos reactivos que modifiquen el patrón de ondas estacionarias existente con una onda reflejada que anule a aquella proveniente de la carga. La magnitud de este elemento reactivo así como su posición en el patrón de ondas estacionarias es lo que determina que se puede llevar a cabo esta anulación. Ya sabemos que estos elementos reactivos pueden obtenerse a partir de "circuitos abiertos" o de cortocircuitos, los cuales se conocen con el nombre de STUB. En base a la forma de colocación del STUB se pueden distinguir dos métodos básicos y uno derivado:

a) Método de STUB serie

b) Método de STUB paralelo

c) Método del doble STUB

Ya que estos métodos se explican en detalle en la clase teórica nos limitaremos aquí a su aplicación práctica.

El sintonizador deslizante

En la práctica sucede que, ubicar el sitio más adecuado para el elemento reactivo, así como su longitud puede no ser tarea fácil, en especial si se trata de una guía de ondas, ya que las mismas son cerradas y selladas porque comúnmente están presurizadas. Sin embargo, en el laboratorio se dispone de una guía ranurada con una punta en cortocircuito de profundidad ajustable y que puede ser situada en cualquier posición del patrón de ondas estacionarias. Tal instrumento puede utilizarse en la práctica para la determinación de la posición y dimensiones de una punta similar, pero permanente en una guía comercial; una vez determinada esta característica se procede a dotar a la guía en cuestión del correspondiente "sintonizador". Sin embargo, es de hacer notar que en la práctica se prefiere el método del STUB múltiple debido a su mayor flexibilidad y a que la posición de los sintonizadores viene ya normalizada de fábrica y lo único que requiere calibración es la profundidad del mismo. Es por ello que en las guías comerciales se aprecian una serie de "tornillos" distribuidos a través de toda su longitud: estos son los sintonizadores.

Medición de impedancia en la línea ranurada:

Debido a que con una línea ranurada es posible medir los máximos y mínimos del patrón de ondas estacionarias, así como también la posición de los mismos sobre la línea, es fácil determinar la impedancia de la carga. El método más comúnmente empleado es el de "desplazamiento del mínimo".

El método consiste en medir el ROE y la posición de los mínimos con la carga conectada. A continuación se sustituye la carga por un cortocircuito y se determina la nueva posición de los mínimos del patrón. De la observación de la figura se ve que si la carga es capacitiva producirá un desplazamiento de los mínimos hacia la carga y si es inductiva los mínimos se desplazarán hacia el generador.

Figura 2. Representación gráfica del corrimiento del mínimo en el patrón de ondas estacionario.

Como la impedancia de entrada de una línea terminada en una carga cualquiera es:

(8)

se puede despejar la impedancia de carga:

(1 + jzLTg(l)) zin = zL + jTg(l)

zin + jzTg(l)zin = zL + jTg(l)

zL - jzLzinTg(l) = zin - jTg(l)

zL(1 - jzinTg(l)) = zin - jTg(l)

(9)

Esta fórmula se puede aplicar a nuestro caso considerando como impedancia de entrada la de un mínimo y como longitud l el desplazamiento . La impedancia en un mínimo vale 1/ROE; por lo tanto:

donde

(10)

El valor de ROE es igual a (11)

El valor de zL puede ser obtenido a partir de una carta de Smith considerando un valor de impedancia de entrada igual a y efectuando un "giro" de longitudes de onda hacia la carga o hacia el generador, según sea el desplazamiento del mínimo.

Figura 3. Representación de impedancias en la carta de Smith.

Recomendaciones finales

Al trabajar con la Carta de Smith, en la guía ranurada recuerde que la longitud de onda en una guía de onda no es igual a la longitud de onda en "espacio libre". La fórmula que relaciona ambas es:

donde:

g = longitud de onda en la guía

o = longitud de onda en espacio libre = c/f

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