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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
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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