Divisores De Potencia Y Acopladores Direccionales.

Divisores de Potencia y Acopladores Direccionales.

Introducción

En muchas aplicaciones de microondas se quiere dividir o combinar potencia en tres o más puertos:

Los divisores de potencia: reparten la potencia entre los puertos de salida. Normalmente reparten a partes iguales (divisor de 3 dB).

Los acopladores: se pueden diseñar con relaciones de división de potencia arbitrarias.

Los híbridos: reparten la potencia proporcionando además un desfase de 90º ó 180º entre las salidas.

Divisores de potencia

Reparten la potencia entre los puertos de salida.

Propiedades de las redes de 3 puertos (abajo):

Interesaría analizar los siguientes 3 parámetros: la Red recíproca en matriz simétrica, la Red sin pérdidas en matriz unitaria y todos los puertos adaptados en diagonal de ceros; pero no se puede lograr.

Una red de tres puertos sin pérdidas y con todos los puertos adaptados no es recíproca dando un circulador.

Generalmente se busca reciprocidad en los divisores porque o no se adaptan todos los puertos o se tienen pérdidas.

Acopladores de potencia

El acoplador direccional es un componente pasivo de radiofrecuencia con cuatro

puertos definidos como:

• Puerto de entrada (P1): Puerto por dónde se inyecta la señal.

• Puerto de salida (P2): Puerto por el que se extrae la señal de salida.

• Puerto acoplado: (P3): Puerto por el que se obtiene una muestra de la señal

de entrada.

• Puerto aislado (P4): Puerto que debe estar cargado con la impedancia

característica del acoplador (generalmente 50 Ω).

Por regla general, el puerto aislado tiene la carga integrada internamente, con lo que a efectos prácticos el acoplador direccional se ve físicamente como un elemento de

tres puertos.

FUNCIÓN BÁSICA

La función básica del acoplador direccional consiste en obtener permanentemente una muestra de la señal de entrada, y por lo tanto de la señal de salida, pero con una potencia mucho menor. Esta potencia estará directamente relacionada con el valor del acoplamiento.

Dada esta función, el acoplador direccional se utiliza por ejemplo, para poder monitorizar la señal que un transmisor (por ejemplo en una BTS) está enviando a una antena, sin necesidad de interrumpir la conexión entre el transmisor y el feeder de la antena.

Por otro lado, el acoplador direccional se utiliza también como un elemento

fundamental para realizar medidas indirectas de grandes potencias, a través del puerto acoplado (ver aplicaciones).

PARÁMETROS BÁSICOS DEL ACOPLADOR DIRECCIONAL

Además del conjunto de parámetros que definen a cualquier tipo de sistema de radiofrecuencia, los parámetros característicos de un acoplador direccional son:

• Acoplamiento

• Frecuencia de trabajo

• Directividad

• Aislamiento

• Pérdidas de inserción y por acoplamiento

Acoplamiento (C): Es el parámetro que caracteriza al acoplador direccional y se define como la relación entre la potencia que se inyecta en el puerto de entrada(P1) y la potencia que aparece en el puerto acoplado (P3), cuando los puertos P2 y P4 se encuentran cargados con su impedancia característica. C(dB)= - 10 log (P1/P3)

Por ejemplo, si inyectamos 1W por el puerto de entrada P1 o lo que es lo mismo 30dBm y obtenemos 1 mW en el puerto acoplado, o lo que es lo mismo 0 dBm,tendremos un acoplamiento (C) de -30 dB.

Si ignoramos las pérdidas de transmisión del dispositivo, la potencia de salida por el puerto P2 será de 0.999 W; o lo que es lo mismo 29.995 dBm.

Frecuencia de trabajo: Como la gran mayoría de dispositivos de radiofrecuencia, las características del dispositivo se mantienen sólo en una determinada banda de frecuencias.

Por lo tanto, el acoplamiento es un parámetro que varía con la

frecuencia y los fabricantes nos darán el dato del acoplamiento para la frecuencia central de una determinada banda de trabajo y lo expresarán en general de la siguiente forma:

Por ejemplo “ Acoplamiento nominal: 10 ± 0.5 dB”

Aislamiento (I): Es la relación entre las potencias entre el puerto de salida (P2) y el puerto acoplado (P3), cuando se inyecta señal por P2 y se mantienen cargados P1 y P4 con su impedancia característica (generalmente 50 Ω). El aislamiento nos dará una idea de la fracción de potencia reflejada que aparecería en el puerto acoplado.

Por ejemplo, si un acoplador direccional tiene un aislamiento de -60 dB, quiere decirse que si inyecto 30 dB (1W) por el puerto de salida (P2), obtendré -30 dBm (0.01 mW) en el puerto acoplado (P3).

Por lo tanto, cuanto mayor sea este parámetro en valor absoluto, más pequeña será la fracción de potencia reflejada que aparecerá en el puerto acoplado.

Directividad (D): Es la capacidad del acoplador para transferir potencia desde su puerto de entrada hasta el puerto acoplado y de rechazar la potencia que pueda venir del puerto de salida debido a las reflexiones.

 La directividad es un parámetro que da una idea de la calidad del acoplador direccional (a igualdad de acoplamiento); cuanto mayor sea la directividad en valor absoluto, mejor se puede considerar el acoplador.

La directividad puede calcularse como la diferencia entre los valores absolutos del aislamiento y el acoplamiento; es decir,

D = ǁ I ǁ - ǁ C ǁ (dB)

Por ejemplo, si tenemos un acoplador con un grado de acoplamiento de -30 dB y un aislamiento de -60 dB, éste tendrá una directividad de 30 dB.

Pérdidas de Inserción: Las pérdidas de inserción, son las pérdidas que se

producen en el camino entre el puerto de entrada y el puerto de salida.

Estas pérdidas están exclusivamente ligadas al medio de transmisión que une los dos puertos.

Pérdidas por Acoplamiento: Son las pérdidas que se producen en el puerto de salida, debido al acoplamiento. Lógicamente, cuanta más señal se transfiere al puerto acoplado,

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