ACOPLADOR EN CUADRATURA A 5GhzJuliette Andrea Pereira

Julian Alejandro Mayorga

Para este proyecto se realizó el diseño y laimplementación de un acoplador encuadratura utilizando tecnologíamicrostrip, se compararon los resultadosde las simulaciones y en la implementacióndel mismo.

1. MARCO TEORICO

MicrostripEl microstrip es un tipo de líneade transmisión eléctrica que puede ser fabricada utilizando placa de circuito impreso [PCB]. Se utiliza para transmitir señales de microondas.Consiste en una franja de conducción separada de la franja de masa por una capa de sustrato dieléctrico. Componentes de microondas, tales como antenas, acopladores, filtros, divisores, etc. pueden formarse a partir de microstrip, haciendo dicho componente como una metalización sobre el sustrato. El microstrip hasta ahora es más barato que la tecnología tradicional de guía deonda, además de ser mucho más ligero y compacto.

Acoplador hibrido en cuadratura

Son acopladores direccionales de3dB con una diferencia de 90º enfase en las salidas y las ramasacopladas. Usualmente se

fabrican en microcinta.Tambiénllamados acopladoresdireccionales 3 dB, tienen dossalidas de igual amplitud y porlo general generan desfases de90 o 180º.

Parámetros de diseño:-Adaptación: relación de lapotencia incidente en la entraday la potencia reflejada.-Acoplo: Relación en dB entre lapotencia de entrada y salida porel puerto acoplado. Este defineque sea un acoplador a 3dB.-Directividad: Relación depotencia entre la puertaacoplada y la aislada-Aislamiento: Relación en dBentre la potencia de entrada yde salida por el puertoidealmente aislado.

2. DISEÑOSe realizó la caracterización delcircuito a partir de la matriz deparámetros [S] que señala las ondas de tensión y las reflejadas.

Donde los parámetros Sij muestranlas ondas trasmitidas desde el puerto j a el puerto i, donde el puerto de entrada se le ingresa

una señal y aparecerá acoplado a la salida una impedancia de carga.Sellega a:

Se debe tener en cuenta que el acoplador de 4 puertos tiene dos salidas (puertos 2 y 3), el puerto aislado (puerto 4) y una entrada (puerto 1) estos detallesclave:

En el parámetro S11 (coeficiente de reflexión) debe tener en dB un valor muy bajo que acerque a 0.

En los parámetros S12 y S13 se debe tener en dB un valorcercano a los 3 dB.

En el parámetro S14 se debe tener en dB debe acercar a 0, esto para asegurar que a la frecuencia de acople el puerto esté completamente aislado).

3. Cálculos

Con las siguientes cálculos se determinó las distancias para la fabricación del acople:

β=377π2Zo√εr

β'=377π

2Zo'√εr

wd

=2π(

β−1−ln (2β−1 )+εr−12εr

[

ln (β−1 )+0.39−0.61εr

])

l=

π2

√εrKo

l'=

π2

√εr'Ko

l=8.268mml'=5mm

w=3.088mmw'=5.27mm

4. Simulaciones

Diseño en IE3D

Diseño en AWR:

Aquí se puede ver claramenteque la simulaciones de IE3D son mucho más reales que AWR ya que No es correcto dejar curvaturas con un ángulo de 90º, por que comoen el modelo incrementa losefectos tanto inductivo comocapacitivo.

5. Implementación y mediciones

Implementación del diseño, se usó conectores sma verticales. En la implementación hay perdidas por inserción, por la fabricación del acople, al momento de soldar los conectores no se dejaron completamente fijados para no se juntaran entresi ya que no se preveo el tamaño de los conectores al momento de diseño y eso se ve reflejado en las mediciones que se mostraran acontinuación

Equipo 1.

Como se puede ver los resultados esperados en los

coeficientes de reflexion y trasmision son muy diferentes esto devido al estado de los cables

Asi que se midieron con otroanalizador de redes:

Equipo 2

Acá como se puede ver los resultados mucho más estables y

están acoplados.

Análisis de resultados

Revisamos a partir de lasgráficas del coeficiente detrasmisión obtenidas delanalizador de redes (azul) y lasimulación (roja) Se puede ver que las dos seencuentran en niveles muy bajoscon la diferencia que lafrecuencia obtenida por elanalizador de redes esta corridaa 5,3 ghz y que el ancho debanda se ve un poco más ampliodebido a que no es tan exacto elacople es por eso que también seencuentran en otros más picos.Recordemos que esta variación esdebida a los errores de

fabricación del diseño y porperdidas de conectores.

CONCLUSIONES

El diseño se debe tomaren cuenta todas lapérdidas tanto defabricación ycomponentes paraobtener mejoresresultados.

acopladoresdireccionales sondispositivos pasivosusados en el campo dela radio tecnología. 

En un acoplador direccional ideal, las pérdidas por inserción y las pérdidas por acoplamiento son idénticas. En la práctica, las pérdidas por inserción serán unacombinación de pérdidasde acoplamiento, pérdidas dieléctricas.

7. BIBLIOGRAFIA

Tomado de internet:[1]http://es.slideshare.net/yron/acoplador-en-cuadratura

[2]http://www2.electron.frba.utn.edu.ar/~jcecconi/Bibliografia/Ocultos/Libros/Microwave_Engineering_David_M_Pozar_4ed_Wiley_2012.pdf

[3]http://cc.ee.ntu.edu.tw/~thc/course_mckt/note/note6.pdf