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Atenuador RF

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se detalla la construcción de un atenuador mediante el Software ANsoft

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Atenuador RF

  1. 1. ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES DISEÑO DE UN ATENUADOR DE RADIOFRECUENCIA MEDIANTE EL SOFTWARE ANSOFT DESING Juan Carlos Vásquez Jcvasqueztapia3@gmail.com * Profesional en formación IET, Universidad Técnica Particularde Loja RESUMEN En este artículo se presenta el diseño de un atenuador para radiofrecuencia, con la finalidad de dar a entenderel funcionamiento de estos tipos de dispositivos, y sus aplicaciones en el mundo laboral. Haremos uso de la herramienta de simulación Ansoft Desing,para comprobar el desempeñoy los parámetros del dispositivo. Empezaremos nombrando algunas pautas de las aplicaciones de estos dispositivos en el campo de la radiofrecuencia explicando los parámetros de análisis para este tipo de dispositivos de radiofrecuencia “parámetros S”, luego analizaremos algunas ecuaciones que nos ayudaran a su implementación, y finalmente realizar la simulación en el Software antes mencionado. Palabras claves : Software, Atenuador, radiofrecuencia. INTRODUCCIÓN Los atenuadores son dispositivos usados para la reducción de la potencia de una señal de RF, con el fin de acondicionar dicha señal para una etapa posterior de procesamiento de la misma por ejemplo amplificacion o filtrado. Se puede decir que estos tipos de dispositivos no realizan ningún cambio en la fase de la señal ya que simplemente disminuyen su amplitud y potencia de la misma. Constan de 2 puertos es decir un puerto sirve como entrada y el otro como salida, aunque en las aplicaciones prácticas se suelen realizar arreglos de atenuadores con el fin de acondicionar de una manera mas inteligente dicha señal. Empezaremos haciendo uso de los parámetros S, ya que podemos definir el comportamiento de dicho dispositivo para un rango de frecuencias especifico, mediante ganancias y perdidas. LOS PARAMETROS S Muchas de las veces también llamados parámetros de dispersión, son los mas usados en el análisis de dispositivos de microondas ya que nos permite analizar los datos de la onda que ingresa, en medidas de perdidas y ganancias, básicamente se realiza lo siguiente. En la entrada de un dispositivo se inyecta una señal de barrido RF con una cierta potencia usualmente suele ser de -20 dBm, y se observa la señal reflejada que teóricamente debe ser infinita pero en la práctica se acepta -33dB (S11) y la señal transmitida que teóricamente (si el dispositivo fuese perfecto seria 0dBm) (S22) En el caso del atenuador seria el nivel de atenuación que necesitamos por ejemplo -10dB (S22). La señal reflejada se la conoce también como el coeficiente de ondas estacionarias SWR donde lo que se persigue sería un valor de 1.0 (donde las impedancias del transmisor y el dispositivo son iguales). Para caracterizar un dispositivo en este caso un atenuador, detallaremos la siguiente figura véase Fig. 1
  2. 2. Fig. 1: características de un atenuador Donde su matriz de dispersión seria la siguiente véase la fig. 2. Daremos algunos parámetros que definen a un atenuador observando su matriz S. • El dispositivo es reciproco es decir se puede inyectar una onda en el puerto S22 y adaptar la carga en S11 dando los mismos resultados de atenuación en cuanto a S21 y S12 • Es posible construir con los parámetros variables es decir par que el dispositivo tenga distintas atenuaciones sin perder su acoplamiento. • Ambos puertos deben estar adaptados es decir las perdidas por retorno en ambos puertos S11 y S22 deben ser infinitas. • la medida de atenuación esta dado por los componentes que conforman dicho atenuador y ninguno de ellos realiza cambios y retraso de la onda. ANALISIS MATEMATICO Para el análisis empezaremos deduciendo lo siguiente. • Los puertos S1 y S2 serán de 75 Ohmios , útil para señales de Televisión. • Los elementos serán puramente resistivos , es decir que su parte imaginaria es 0 , por lo que analizaremos el circuito como si inyectásemos una señal DC. • Los elementos no disipan energía , por lo que deduciremos que no tienen perdidas adicionales. • La atenuación del mismo será de -10dB • El diseño del dispositivo será en la configuración Pi La medida de todo dispositivo en radiofrecuencia se la realiza de una manera logarítmica por lo que decimos que: 𝑎𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 10 log( 𝑃1 𝑃2 ) Donde P1 y P2 son las potencias de entrada y salida. R3 y R5 deben ser las del mismo valor con el fin de cumplir con la condición de ser reciproco por lo cual decimos que 𝑅3 = 𝑅5 Obteniendo los datos mediante el método de las mallas deducimos R3 es equivalente. Si pensamos que P2= V2 y P1=V1 podríamos deducir mediante el voltaje de thevenin. 𝑉2 = (𝑅3|| 𝑅2). 𝑉1 (𝑅3|| 𝑅2) + 𝑅4 Además podríamos decir que la ganancia es igual a la amplitud de salida sobre la amplitud de entrada, es este caso no existe ganancia sino atenuación por lo que V2/V1=0.01 𝑅2 = 𝑅1||(𝑅2+ 𝑅1. 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 ) Por lo que deducimos que R1 = 144.3 Ohmios Remplazando valores en la ecuación anterior decimos que R4 = 106.7 Ohmios IMPLEMETACION MEDIANTESOFTWARE Primeramente ejecutamoselSofware Ansotf Desinger,cuyainterfazserialasiguientevéaselaFig.3. Fig 3. Interfaz del Sofware Ansoft Desinger.
  3. 3. daremos un clik izquierdo en la prestaña “Proyect N” en este caso es “Proyect5”,elegiremosla opcion Insert Circuit , y elegiremos la opcion PCB single. Esta opción de PCB se refiere al tipo de microcinta PCB que usaremos, la mayoría de las aplicaciones de estos dispositivos se las realiza en baquelitas de doble cara o simples, enla parte baja de la ventana en componentesseleccionamos la opción Lumped donde se encuentrantodos los dispositivos tanto activos como pasivos que se usaremos para este diseño y para futuros, daremos un clic en resistor y trazaremos el siguiente diagrama véase la fig. 4. Fig 4. Diagrama de atenuador en T. Luego con la opción add port añadiremos 2 puertos y agregaremos una solución con add solution. Y simularemos quedando los resultados como se muestran en la Fig. 5. Fig 5. Medidas de los parametros. Los datos obtenidos mediante la grafica en condenadas rectangulares nos muestra que S11 es - 66dB lo que representaría a un acoplamiento perfecto encuanto a S12 observamos quelleva el nivel de atenuación antes propuesto. En el mismo simulador procederemos a cambiar el orden de los puertos es decir PORT1 se cambia con PORT2 obteniendo que S11 = S22y S12 = S21. CONCLUSIONES:  Este tipo de dispositivos resistivos se recomienda usarpara frecuencias inferiores a 1GHz, idealmente para osciloscopios, también se usan como protectores para analizadores de Espectros.  Para aumentar la pureza resistiva en la practica se suelen colocar en paralelo resistores hasta lograr el valor deseado de resistividad.  Ansoft desinger es una potente herramienta para la simulación de dispositivos también es amigable con otros software como Multisim.  También permite simular antenas y otros tipos de dispositivos de una manera muy interactiva y precisa.  Cuando las frecuencias son demasiado altas es imposible encontrar elementos puramente resistivos por lo cual se hace uso de las guías ranura das.
  4. 4. BIBLIOGRAFÍA Pozar, David M. (2005); Microwave Engineering, Third Edition; John Wiley & Sons, disponible en línea: http://www2.electron.frba.utn.edu.ar/~jcecconi/Bibliografia/Ocultos/Libros/Microwave_Engi neering_David_M_Pozar_4ed_Wiley_2012.pdf Guillermo Gonzalez, Microwave Transistor Amplifers, Analysis and Desing,2nd ed.,Pretice- Hall. Manuel Serrano Cárdenas, Atenuador de Señal Resistivo, recurso online disponible en: http://ea8cqu.es/documentos/atenuador-de-senal-rf-resistivo[1].pdf
  5. 5. Parsonnet J. (1995) The incidence of Helicobacter pylori infection. Aliment Pharmacol. Vol 9 : 45-51. Disponible en: http://m.sgssls.sk/files/publikacie/odporucania/Prevalencia- HP.pdf

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