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Simulación en el software de diseño Genesys RF Elizabeth Palacios Morocho
Carrera en Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Loja.Loja, Ecuador.
Abstract_ The present article shows the simulation type T, PI, L and Butterworth lowpass filter in the RF Genesys software.
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I. CONCEPTO DE ACOPLE DE IMPEDANCIA.
Un acope de impedancia no es más que la unión de dos impedancias diferentes , esto se lo realiza con el fin de que existan la máxima transferencia de potencia de una a otra ya que esta solo se logra cuando estas impedancias se encuentran acopladas.
Estos acopladores son utilizados en amplificadores, osciladores, mezcladores, en el acoplamiento de una línea de tx y una antena. Un ejemplo de un mal acoplamiento de impedancias es la perdida de volumen que se produce cuando un micrófono que tiene baja impedancia es conectado a un amplificador que posee una impedancia alta.
Los acopladores se los realiza empleando elementos que son puramente reactivos como lo son las bobinas y condensadores, estos dan a lugar a tres geometrías posibles, las cuales son:
L
T
Pi
II. REDES DE ADAPTACIÓN DE IMPEDACNCIAS (L, PI, T)
Una red de adaptación de impedancia se encuentra constituida solo por reactancias de esta manera toda la potencia aplicada en los bornes de entrada será suministrada a la carga.
A. Redes de adaptación de impedancia tipo L
La red más sencilla que se puede realizar una adaptación es entre dos impedancias totalmente resistivas R1 y R2 estas formaran la red reactiva en L como se muestra en la figura 2.
Fig. 1 Red de Adaptación de impedancia tipo "L"Donde:
R1 = resistencia de entrada en ohmsR2 = resistencia de salida en ohmsX1= reactancia de la rama en serieX2= reactancia de la rama en paralelo.
B. Redes de adaptación de impedancia tipo T
La red de adaptación de impedancia tipo T es como la que se muestra en la figura 7.
Fig. 7 Red de adaptación de impedancia tipo T
Otra forma de representar la red de adaptación de impedancia tipo T se muestra en la figura 8.
Fig. 8 Red de adaptación de impedancia tipo T
Es usada cuando tanto las impedancias de carga como del generador son solo resistivas. El desfasamiento es totalmente independiente de la relación existente entre las resistencias de entrada con las resistencias de salida.
Posee dos Qs con carga una perteneciente a la entrada y el otro a la salida.
Si:
Q1= Q con carga de entradaQ2= Q con carga de salidaR1 = resistencia de entrada en ohms.R2 = resistencia de salida en ohms.R3 = resistencia de en el punto medio de la red en ohms.X1= reactancia del elemento de entrada en ohms.X2= reactancia del elemento de salida en ohms.X2= reactancia del elemento en derivación en ohms.
C. Redes de adaptación de impedancias tipo Pi
La red de adaptación de impedancia tipo Pi es como la que se muestra en la figura 13.
Fig. 13 Red de adaptación de impedancia tipo Pi
Otra forma de representar la red de adaptación de impedancia tipo Pi se muestra en la figura 14
Fig. 14 Red de adaptación de impedancia tipo Pi
Las consideraciones para el valor de Q son las mismas que las que las que se mencionó en la red de adaptación de impedancia tipo T.
Para este tipo de red ya no se usan reactancias sino que se emplean suceptancias, para así poder simplificar los cálculos.
La resistencia en el punto medio va ser siempre menor a sus dos resistencias, y se puede decir que este tipo de red es de retardo o de fase negativa cuando Y3 es positiva y se la considera como una red de adelanto o de fase positiva cuando Y3 es negativa.
Aplicaciones de los osciladores.
Son utilizados para numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como generadores de frecuencias de radio y de televisión en los emisores de estas señales, osciladores maestros en los circuitos de sincronización, en relojes automáticos, como osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos y de televisores, etc.
III. FILTRO PASABAJO BUTHERWORTH
Características:
*No presentan rizado en la banda de paso.
*Todas las curvas pasan por el punto de coordenadas (ω’C,-3 dB).
*A medida que aumenta el orden del filtro aumenta la pendiente de su respuesta en frecuencia, y por tanto esta se aproxima más a la respuesta de un filtro ideal.
IV. RESULTADOS OBTENIDOS
Diseñar una red tipo L para acoplar la impedancia de 55Ω de un amplificador de transistor a una carga de antena de 100Ω a 250 MHz.
En este caso, Z s< ZL
X L=√RS∗RL−RS2
X L=√55∗100−552
X L=49.75
XC=RS∗RL
XL
XC=55∗10049.75
XC=110.55
Q=√ RALTA
RBAJA
−1
Q=√ 10055
−1
Q=0.9045
L=X L
2∗π∗f
L= 49.75
2∗π∗250∗106
L=0.0317∗10−6 H
C= 12∗π∗f ∗XC
C= 1
2∗π∗250∗106∗110.55
C=5.759∗10−12 F
Acoplamiento de impedancia L
Respuesta en frecuencia
Utilizando el ejemplo anterior diseñar una red tipo T y PI para acoplar la impedancia de 55Ω de un amplificador de transistor a una carga de antena de 100Ω a 250 MHz. Considere un Q de 15
X L=Q∗RS
X L=15∗55
X L=825
XC 1=RL√ RS(Q2+1)
RL
−1
XC 1=100 √ 50(152+1)100
−1
XC 1=1058.3
XC 2=
RS(Q2+1)RL
∗1
1−XC 1
Q∗RL
XC 2=
50(152+1)100
∗1
1− 1058.315∗100
XC 2=113∗3.3959
XC 2=383.74
L=X L
2∗π∗f
L=0.0317 μHL1
ZO=55 ΩPort_1
C=5.759 pFC1
ZO=100 ΩPort_2
L= 825
2∗π∗250∗106
L=0.525∗10−6
C1=1
2∗π∗f∗XC 1
C1=1
2∗π∗250∗106∗1058.3
C1=0.6015∗10−12
C2=1
2∗π∗f ∗XC 2
C2=1
2∗π∗250∗106∗383.74
C2=1.659∗10−12
Acoplamiento de impedancia PI
Respuesta en frecuencia
C=1.659 pFC2
L=0.525 μHL2
ZO=100 ΩPort_2
C= 0.6015 pFC1
ZO=50 ΩPort_1
Acoplamiento de impedancia T
Respuesta en frecuencia
Acoplamiento de impedancia T
Respuesta en frecuencia
Diseñar un filtro paso bajo BUTTERWORTH de 8 secciones a partir de la tabla normalizada, para una frecuencia de 3kHz, el mismo que esta entre un generador de 300 Ω y una carga de 300 Ω.
ZO=100 ΩPort_2
ZO=50 ΩPort_1
L=0.525 μHL2
C= 0.6015 pFC1
C=1.659 pFC2
Z0=1∗300
Z0=300 Ω
ZL=1∗300
ZL=300 Ω
C1=1
2∗π∗f∗XC 1
C1=1
2∗π∗3∗103∗0.3902∗300
C1=453.2nF
L2=X L2
2∗π∗f
L2=1.111∗300
2∗π∗3∗103
L2=17.68 mH
C3=1
2∗π∗f ∗XC 3
C3=1
2∗π∗3∗103∗1.663∗300
C3=106.34 nF
L4=XL 4
2∗π∗f
L4=1.962∗300
2∗π∗3∗103
L4=31.23mH
C5=1
2∗π∗f ∗XC 5
C5=1
2∗π∗3∗103∗1.962∗300C5=90.13 nF
L6=X L6
2∗π∗f
L6=1.663∗300
2∗π∗3∗103
L6=26.47 mH
C7=1
2∗π∗f ∗XC 7
C7=1
2∗π∗3∗103∗1.111∗300C7=159.17 nF
L8=X L 8
2∗π∗f
L8=0.3902∗300
2∗π∗3∗103
L8=6.21 mH
C9=1
2∗π∗f ∗XC 9
C9=1
2∗π∗3∗103∗1.000∗300C9=176.83 nF
Port_2
Port_1
C= 176.83 nFC9
L= 6.21 mHL8
C= 159.17 nFC7
L=26.47 mHL6
C= 90.13 nFC5
L=31.23 mHL4
C=106.34 nFC3
L=17.68 mHL2
C=453.2 nFC1
Filtro paso bajo BUTTERWORTH
Respuesta en frecuencia
Respuesta en frecuencia representado en la carta de SMITH.
V. DISCUCIÓN
Si analizamos tanto la respuesta en frecuencia de los acopladores tipo T, PI y L , podemos darnos cuenta que la mejor respuesta en frecuencia es la del acoplador en tipo PI, ya que su selectividad es mejor.
Con referencia al filtro Butterworth nos demuestra que mientras mayor es el número de secciones del filtro más se va a acercar a ideal su respuesta en frecuencia.
VI. CONCLUSIONES
Los acopladores de impedancia nos permiten tener la máxima transferencia de potencia y también la mejor calidad de la energía en el tiempo.
Se debe realizar el acoplamiento para que no se pierda la señal entre un emisor y un receptor.
Para que exista la máxima transferencia de potencia es decir el acoplamiento la carga propia del generador sea prácticamente igual a la carga que tiene el sistema.
El acoplamiento de impedancia se lo realiza con elementos puramente reactivos ya que si pondrías resistivos existirían perdidas de potencias y eso no es lo que deseamos.
REFERENCIAS.[1] Pérez Vega, Constantino; Acopladores de Impedancias; Dpto.
de Ingeniería de Comunicaciones; Universidad de Cantabria 2009.
[2] Márquez Flores, Jorge; Impedancias; CCADET-UNAM; 2014.
[3] Mata Néstor, Adaptación de Impedancias.Departamento Electrónico, Facultad Regional Bahía Blanca, Universidad Tecnológica Nacional
[4] Ing. Santa Cruz, Oscar; Adaptaciones de Impedancias; cap11, 2010.