2017
DISPOSITIVO MICROONDAS
AUTORES ELIMAR GUEVARA SEBASTIAN VIRGUEZ
CONTENIDO INFORMACION DISPOSITIVO DE MICROONDAS
Aplificadores Osciladores Circuladores Asiladores Desfasores
DIVISOR DE POTENCIA WILKINSON
divisor ideal divisor de potencia wilkinson enmicrocintas .5.8 ghz
TORNILLO DE SINTONÍA. ACOPLADORES DIRECCIONALES
acoplador direccional sencillo. acoplador direccional doble.
T -MÁGICA
Función plano
TERMINACIÓN LÍNEA RANURADA DIVISOR RESISTIVO FABRICANTE Y COSTO DE LOS DISPOSITIVOS MICROONDAS ENTRETENIMIENTO
Dispositivo microondA AMPLIFICADORES
se utilizan amplificadores de potencia, hay distintos tipos. por ejemplo los amplificadores de estado solido se usan solo hasta los 10kw. por encima de este valor se utiliza la tecnica del "bunching" o agrupamiento en paquetes de energía (tubos de vacio de microondas).
transfiere de una puerta a la siguiente en un orden preestablecido. Existen dos tipos de circuladores de ferrita; uno es de Faraday o circulador tipo rotación y el otro es el circulador por desplazamiento de campo. a) Circulador tipo girador de Faraday: Este circulador como se observa en la siguiente imagen
OSCILADORES
Es un sistema electrónico que genera una señal de RF periódica sin necesidad de que exista una excitación alterna a la entrada. La señal alterna de salida se obtiene a partir de la energía continua de polarización de algún dispositivo.
Cuando la señal es introducida por el puerto 1, el campo es girado 45° por el girador de ferrita y la señal sale por el puerto 2. La señal no puede salir por el puerto 3, porque las ondas tienden a excitar el modo TM en esta orientación del campo. Cuando la señal entra por el puerto 2, no puede salir por el puerto 1, pues esta guía de ondas está hecha para operar en el modo TE01, en esta frecuencia de operación. La señal sale por el puerto 3, cuya guía está cortada para el modo TE10; el mismo que las ondas tienden a excitar.
CIRCULADORES
Cuando las ondas son alimentadas por el puerto 3, la señal no puede salir directamente por el puerto 1. Primero la señal pasa a través del girador de 45° y reflejado desde el puerto 2, debido a la fuerte orientación del campo, devolviéndose hacia el girador, donde se vuelve girar 45°, salien do entonces el campo eléctrico con una rotación de 90° por el puerto 1.
Un circulador es un dispositivo pasivo de tres o más puertas donde la potencia se
b) Circulador de desplazamiento de Campo: Este circulador como la siguiente imagen
Si las señales TE10 son alimentadas por le puerto 1, estas a lo largo de las paredes laterales izquierdas interactuarán con µr+ y a lo largo de las paredes laterales derechas con µr- . Si µr+ > µr- , las señales se acoplarán en la guía 2 en lugar de la guía 3. En forma similar, si se alimenta por el puerto 2, la señal sale por el 3, y si se alimenta por el 3, sale por el puerto 1. AISLADORES Los aisladores de RF son dispositivos pasivos de microondas de 2 puertos que ayudan a proteger los componentes de RF de una reflexión excesiva de corriente o de señal. Estos aisladores de RF actúan como una trampa unidireccional, aislando una fuente y su carga de manera que cualquier energía reflejada en la carga es atrapada o se disipa. DESFASADORES Los Desfasadores de RF son dispositivos pasivos de microondas que se utilizan para cambiar el ángulo de fase de una señal de RF. Los diseños de estos desfasadores analógicos de mantienen la amplitud en todos los estados de fase y sus bajas pérdidas de inserción los hacen ideales para aplicaciones de RF, tales como moduladores de fase, “up-converters”, instrumentación de medida, “phased array antennas”, etc DIVISOR DE POTENCIA WILKINSON Es una clase específica de divisor de potencia que puede lograr el aislamiento
entre los puertos de salida, manteniendo al mismo tiempo una condición corresponde en todos los puertos. El diseño puede ser utilizado también como un combinador de potencia, ya que está compuesto de componentes pasivos y, por tanto, recíproca. Publicado por primera vez por Ernest J.Wilkinson en 1960 este circuito se encuentra en el amplio uso de frecuencias de radio que utilizan los sistemas de comunicación de múltiples canales desde el alto grado de aislamiento entre los puertos de salida evita interferencias entre los canales individuales. CARACTERÍSTICAS DEL DIVISOR DEPOTENCIA DE WILKINSON Según la teoría de microondas, una red de tres puertas pasiva, recíproca y sin pérdidas no puede estar completamente adaptada. En un divisor con líneas además las puertas de salida no están aisladas entre sí. Wilkinson desarrolló un divisor de potencia capaz de dividir la potencia que incide por la puerta de entrada en N fracciones que saldrán por las puertas de salida, proporcionando un aislamiento entre estas puertas. El principal distintivo del divisor Wilkinson es el uso de resistencias conectadas entre las puertas de salida. Cuando los puertos de salida están cargados con Qlas llamadas “ impedancias de diseño (Z0) no circula corriente por la resistencia R, por lo que no aparecen pérdidas disiparías en el dispositivo. En el caso de cargar con impedancias distintas a las “impedancias apropiadas”, parte de la potencia reflejada será absorbida por la resistencia y parte irá a la puerta de entrada pero nunca a las otras puertas de salida.
En su forma más simple, la misma amplitud, dividido en dos sentidos, de una etapa Wilkinson se muestra en la figura 1. Las líneas de transmisión son de cuarto de longitud de onda de los transformadores de impedancia1.414xZ0 DIVISOR DE POTENCIA WILKINSON ENMICROCINTAS .5.8 GHZ Utilizando Microwave un simulador para este tipo de diseños se desarrollo la construcción de un divisor de potencia de wilkinson. Respuesta de Frecuencia de un divisor deWilkinson Equitativo. La figura 1 expresa la forma en que el divisor Wilkinson funciona como un divisor de potencia: cuando una señal ingresa en el puerto1, en el que se divide en igual amplitud, la igualdad de la fase de salida de las señales es en los puertos 2 y 3. Desde cada extremo de la resistencia hay aislamiento entre los puertos 2 y3 está en el mismo potencial, no hay flujos de corriente a través de él y, por tanto, la resistencia se le desconecta de la entrada.. El puerto de salida de dos terminaciones que añadir en paralelo en la entrada, por lo que deben transformarse para cada 2xZ0 en el puerto de entrada para combinar a la Z0. la impedancia combinada de las dos salidas en el puerto 1 seríaZ0/ 2. La impedancia característica de la cuarta parte de longitud de onda en líneas debe ser igual a 1.414xZ0 para que la entrada se iguala cuando los puertos 2 y 3 se termina en Z0. “ .DIVISOR IDEAL
TORNILLO DE SINTONÍA. Un tornillo insertado en una sección de guía de onda rectangular, opera como una capacitancia variable al incidir una onda electromagnética. En la siguiente imagen se puede ver la ilustración de este componente.
Este divisor no es con microcinta, es la representación ideal del divisor de potencia de wilkinson a una frecuencia de 5.8 GHz
El tornillo idealmente corresponde a una línea de transmisión terminada en circuito
abierto, sin embargo la dimensión b es usualmente <g/4, entonces la impedancia del tornillo corresponde a una capacitancia variable, como se muestra en la siguiente imagen.
donde: λ g: es la longitud de onda de la guía. Vo, Io son las magnitudes de voltaje y corriente respectivamente.
siguiente imagen se ilustra este dispositivo. Las ranuras están separadas nλ/4, con el fin de eliminar la señal que se acopla al puerto 4, quien está adaptado con una terminación
La señal viaja del puerto 1 al puerto 2 y un porcentaje es acoplado por el puerto 3, la cual es proporcional a un coeficiente llamado coeficiente de acoplamiento (CA), quien es función de la frecuencia de la señal y es característico de cada acoplador. Este coeficiente se expresa de la siguiente manera
Luego, la distribución de impedancias se expresa de la forma; ACOPLADOR DIRECCIONAL DOBLE.
ACOPLADORES DIRECCIONALES son dispositivos pasivos usados en el campo de la radio tecnología. Estos dispositivos acoplan parte de la potencia transmitida a través de una línea de transmisión hacia otro puerto, a menudo usando dos líneas de transmisión dispuestas lo suficientemente cerca para que la energía que circula por una de las líneas se acople a la otra. ACOPLADOR DIRECCIONAL SENCILLO. Este componente consta de dos guías de ondas rectangulares o cilíndricas unidas entre sí, las cuales intercambian la energía a través de unas ranuras. Consta de 4 puertos, donde el 1 y 2 forman el brazo principal y el 3 y 4 el brazo auxiliar. En la
El acoplador direccional doble está formado por la combinación de dos acopladores sencillos y puede ser de tipo guía de onda o coaxial. En la siguiente imagen, se muestra un acoplador de tipo coaxial.
La señal entra por el puerto 1, acoplándose un porcentaje por el puerto 4, para ser monitoreada, y saliendo hacia la línea de transmisión por el puerto 2. La porción de señal que se refleja, debido a la desadaptación, es acoplada por el puerto 4.
En la imagen, se muestra el diagrama de vías que sigue la señal de entrada, salida y reflejada. Además se observan algunos coeficientes correspondientes a los coeficientes de directividad (D) y acoplamiento (K). El coeficiente de acoplamiento (K), mide el porcentaje de señal que se acopla de un puerto de entrada a otro de salida. Si la señal va a través del puerto 1 al 2, el coeficiente de acoplamiento se define como
El coeficiente de directividad (D), mide el poder separador de la señal de acoplador y la exactitud en las medidas del componente está definida por
Dentro de las aplicaciones del acoplador direccional doble, se encuentran:
Reflectómetros. Control y monitoreo de señales (potencia). Ajuste de antenas T -MÁGICA
Es un tipo particular de acoplamiento de guías de onda en el microondas. El nombre proviene de la forma, que se asemeja a la letra T y es capaz de procesar las señales de diferentes maneras dependiendo de la señal de entrada. Se puede configurar de forma balanceada (colocando ambas puertas de
control abiertas o cerradas), en donde la carga total será nula, debido a la resta de ambas cargas, por encontrarse en Direcciones opuestas desfasado a 180°, o de forma desbalanceada(colocando una puerta de control abierta y otra cerrada o viceversa),encontrándose desfasado por 0° que es cuando ambas señales se dirigen a una misma dirección, por lo tanto se suman las cargas, siendo esta la forma donde se aprovecharía de mejor manera la señal máxima en la salida. Consta de un plano E y un plano H, este último está formado por los brazos 2 y 3 en una unión T con el brazo (1) cuando este es la entrada, haciendo que las salidas 2 y 3 queden en fase y el puerto(4) quede aislado. En el plano E los brazos 2 y 3 forman con 4 una unión T, así cuando 4 es la entrada las salidas 2 y 3 están en contra fase y en fase respectivamente; es decir con una diferencia de fase entre los puertos 2 y 3 de 180°, quedando 1 aislado. Función Tiene la función de Distribución y bifurcación de señales. Desde una señal de entrada se pueden obtener Variasseñales de salida Las salidas pueden ser controladas, atreves de las impedancias: 1. Cuando son iguales las impedancias, la señal se distribuye equitativamente en las salidas. 2. Cuando son distintas, varia la señal en cada salida, dependiendo del valor de su impedancia Dependiendo, del N° de salidas que se desea, se puede unir interconectando varias T- Mágica. Plano
TERMINACIÓN. Es un componente de microondas empleado para terminar una línea de transmisión con la mínima reflexión posible. Está formada por una sección de guía de ondas, dentro de la cual hay un elemento formado por un material resistivo (carbón o polvo de oxiferroso), generalmente en forma de lanza para una disminución gradual del campo, capaz de absorber la potencia de las microondas. En la siguiente imagen se muestra este elemento y su vista interna.
La línea ranurada se utiliza para medir ROE, longitudes de onda y frecuencia, pues se conocen los puntos donde ocurren los máximos y mínimos; los cuales, en la onda estacionaria están separados por λ/2
Divisor resistivo
La longitud desde el extremo de la sección de la guía de onda, hasta el extremo puntiagudo de la sección absorbente, debe ser un número impar de λ/4, para que la onda reflejada llegue al extremo del elemento absorbente, en oposición de fase con la onda incidente y de esta manera se anulen.
Un divisor resistivo es un caso especial donde ambas impedancias, Z1 y Z2, son puramente resistivas.De ser así tenemos la siguiente fórmula:
R1 y R2 pueden ser cualquier combinación de resistencias en serie
LÍNEA RANURADA. La línea ranurada es un elemento de guías de ondas, formado por una sección de línea de transmisión coaxial o de guía de onda rectangular uniforme y de muy bajas pérdidas, con una abertura longitudinal de forma que no interrumpa las líneas de campo magnético y no produzca radiación y que permita el acceso de una sonda deslizante a lo largo de la ranura y así detectar el voltaje del patrón de onda estacionaria dentro de la línea. La figura 6.35 aparece una línea ranurada montada sobre un carro.
FABRICANTE Y COSTO DE LOSDISPOSITIVOS
DISPOSITIVOS Divisores Resistivos
FABRICAS
Divisor de Wilkinson
SETSAIL (china)
2$
Circuladores
UIY Technology Co., Ltd
Us$200
Tornillo de sintonia Acopladores direccionales T mágica
Shanghai (china)
china
8000us$ 27$
China Shenzhen
100$
HTMICROWAVE(ch ina)
COSTOS 100$
ENTRETENIMIENTO