Transformación y Adaptación de Impedancias Introducción • La adaptación de impedancia es parte del diseño de un sistema o componente de microondas. • La adaptación de impedancias es útil para asegurar que máxima potencia es enviada aun cuando una carga es colocada en una línea de transmisión. • La idea básica de una red de adaptación puede ser ilustrada de la siguiente forma: Introducción • El análisis de estos problemas puede ser bastante engorroso, especialmente a altas frecuencias como las de microondas. • Los circuitos de adaptación de impedancias pueden ser diseñados con la carta de Smith utilizando tanto impedancias y admitancias normalizadas. La carta de Smith • La carta de Smith es una carta polar del coeficiente de reflexión y de radio unitario, es usado para relacionar un coeficiente de reflexión complejo con una impedancia compleja. • El plano del coeficiente de reflexión viene de la relación: • Donde ZL=R+jX es la impedancia de carga y Z0 es la impedancia característica de la línea de transmisión. La carta de Smith La carta de Smith La carta de Smith Mapeo del plano de impedancia normalizada z al plano de coeficiente de reflexión La carta de Smith como una carta de admitancia Ejemplo • Encontrar la Razón de onda estacionaria (ROE o SWR), para: • Zl= (100-j100) Ω • Zl= (50-j100) Ω • Zl= 50 Ω • Z0 = 50 Ω Ejemplo • Encontrar el coeficiente de reflexión para: • Zl= (200 – j50) Ω • Z0 = 50 Ω Adaptación de Impedancias con elementos distribuidos “stub” • Adaptación mediante stub simple • Se denomina como stub a cierta longitud de una línea de transmisión que es conectada a otros elementos usando uno de sus extremos. • El otro extremo del stub es terminado mediante cortocircuito o circuito abierto. • El proceso de encontrar la longitud apropiada de dicho stub y de calcular la distancia a la cual se le coloca respecto de la carga se denomina circuito de adaptación mediante stub simple Stub simple Ejemplo • Para una impedancia de carga ZL = 60 - j80 Ω, diseñe dos redes de sintonización single-stub (cortocircuito) para emparejar esta carga a los 50 Ω de la línea. Suponiendo que la carga esté emparejada a 2 GHz y que la carga consista en una resistencia y un condensador en serie. Solución Stubs dobles • La adaptación de impedancias usando un stub simple es capaz de adaptar cualquier impedancia de carga a una línea de transmisión. • La única limitación es que la línea entre la carga y el stub presenta una longitud variable. • Cuando se requiere de circuitos de adaptación fijos, un solo elemento no será suficiente. Es entonces cuando se emplean los stub dobles. Stubs dobles • Los stub dobles comprenden dos stubs adaptados en posiciones fijas. En la práctica se fabrican con cables coaxiales, sin embargo estos no pueden adaptar todas las impedancias. • La distancia entre los stubs limita el rango de la impedancia de carga que puede adaptarse usándolos. Stubs dobles Ejemplo • Diseñe un sintonizador de doble stub para que coincida con una impedancia de carga ZL = 60 - j80 Ω, con una impedancia de línea de 50 Ω, los stub deben ser circuito abierto y están espaciados λ / 8. Suponiendo que esta carga consista en una resistencia en serie y condensador y que la frecuencia de coincidencia sea de 2 GHz. Adaptación de impedancias con elementos concentrados • Circuitos de Adaptación con Sección L Resistiva • Probablemente, el tipo más simple de red de coincidencia es la sección en L, que utiliza dos elementos reactivos para hacer coincidir una impedancia de carga arbitraria con una línea de transmisión. Circuitos de Adaptación con Sección L Resistiva Circuitos de Adaptación con Sección L Resistiva Ejemplo • Diseñar una red de adaptación de sección en L para que coincida con una carga RC en serie con una impedancia ZL = 200 - j100 Ω, con una impedancia de línea de 100 Ω a una frecuencia de 500 MHz. Respuesta Transformador de λ/4 • El transformador de cuarto de onda es un circuito simple y útil para adaptar una impedancia de carga real a una línea de transmisión. Ejemplo • Diseñar un transformador de una sola sección de cuarto de onda que coincida con un 10 Ω Carga a un 50 Ω Línea de transmisión a f0 = 3 GHz. Determine el porcentaje de ancho de banda para el cual el ROE ≤ 1,5.
