INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESIME ZACATENCOING. EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

UTILIZACIÓN DE LA CARTA DE SMITH EN LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE CARGA

El análisis de las líneas de transmisión puede simplificarse utilizando alguno de varios métodos gráficos, de los que el más importante es la Carta de Smith y que es la más utilizada. La carta o diagrama de Smith se basa en dos conjuntos de círculos ortogonales, uno de ellos representa la relación R/Z0, en que R es la componente resistiva de la impedancia característica. El segundo conjunto de círculos, representa la relación X/Z0, en que X es la componente reactiva de la impedancia de la línea.

Al graficar estos círculos en el plano complejo L resulta la carta de Smith

Dada la constaruccion de la carta de Smith resulta clara la facilidad para calcular los coeficientes de reflexión a partir del valor de la impedancia normalizada de la carga .

Al situar el valor de la carga en el plano de Smith es inmediato el valor del coeficiente de reflexión .

Por ejemplo en la figura siguiente se ubica el punto de impedancia normalizada 0.5+0.5i .El coeficiente de reflexión corresponde al vector que une el punto ubicado anteriormente con el centro del plano complejo.

ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS CON UN STUB USANDO LA CARTA DE SMITH, MÉTODO GRÁFICO Y ANALÍTICO

Otra forma de acoplar impedancias en una línea de transmisión es utilizando los llamados STUBS. Un STUB es una porción de línea de transmisión que termina en corto o en circuito abierto

En un Stub en corto ZL = 0 , por lo que:

para Stub en corto circuito En un stub en circuito abierto, ZL = ¥, entonces

 

para Stub en circuito abierto.Es decir que los Stubs son realmente elementos

reactivos puros a frecuencias altas.

Un stub en corto: reactancia inductivaUn stub abierto: reactancia capacitiva

PARA ACOPLAR IMPEDANCIAS EN UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ESTOS ELEMENTOS SE LOS USA EN PARALELO. EN ESTA SITUACIÓN, PARA EL ACOPLAMIENTO ES NECESARIO CONOCER LOS VALORES DE L Y D QUE DEBEN SER VALORES FIJOS PARA UN ACOPLAMIENTO A UNA FRECUENCIA DETERMINADA .

VISUAL

ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS CON DOBLE LÍNEA PARÁSITA USANDO LA CARTA DE SMITH, MÉTODO GRÁFICO Y ANALÍTICO

En el método visto brinda el acoplamiento buscando una determinada frecuencia y para cierta impedancia de la carga .La técnica es interesante ,por que cualquier carga finita diferente de cero se puede acoplar a la línea con stub .Sin embargo la frecuencia o la carga cambian sustancialmente después de hecho el acoplamiento ,habrá que modificar la longitud del stub,y también su posición a lo largo de la línea .Lo primero no es mayor problema ,pues exiten dispositivos deslizables que permiten acercar o alejar al corto circuito ,según la reactancia de entrada que desee .En cambio .intentar modificar la posición del stub si puede resultar muy inconveniente , en particular en un cable coaxial .La solución a esta dificultad es emplear dos equilibradores reactivos ,en lugar de uno solo .De esta manera , las posiciones de los dos stubs se conservan fijas , y sus reactancias de entrada respectivas se pueden variar deslizando el corto circuito , lográndose asi la sintonía o el acoplamiento optimo en un rango mas amplio de frecuencias .

El criterio y el procedimiento grafico a seguir para adaptar o acoplar una línea con su carga empleando dos equilibrantes reactivos de posición fija se describe a continuación .

Trabajando con admitancias normalizadas ,en AA´ debe tenerse que :

Para que lo anterior se cumpla se requiere que

Osea

En B están conectados en paralelo el stub y y la línea .De modo que la admitancia total vista desde la izquierda de B seria :

Terminando la ecuación en :

MODO GRAFICO

ACOPLAMIENTO BALUN POR MÉTODO ANALÍTICO, RESTRICCIONES

Se denomina balun a un dispositivo adaptador de impedancias que convierte líneas de transmisión simétricas en asimétricas.

Es un tipo de energía eléctrica del transformador que puede convertir señales electricas que están equilibrados sobre suelo (diferencial) a las señales que están desequilibradas (single-ended), y viceversa.

Los Baluns puede tomar muchas formas y su presencia no siempre es evidente. Siempre utilizan el acoplamiento electromagnético para su operación.

Los Baluns pueden ser considerados como simples formas de transmisión de la línea de transformadores .

A más complejo (y sutil) los resultados de tipo cuando el tipo de transformador (acoplamiento magnético) se combina con el tipo de línea de transmisión (acoplamiento electro-magnético).

Aquí es donde las líneas de transmisión se utilizan como bobinas, resultando en dispositivos capaces de funcionar de muy ancha.

Balun de pastillas huecas

En estos baluns, se hace pasar un cable coaxial dentro de pastillas huecas de un material ferromagnético, lo que da un balun de relación de impedancias 1:1.Es la solución utilizada por la antena Buddipole

Balun toroidal

En estos baluns, el campo magnético se confina dentro de un toroide. La ventaja de los toroides es que por su geometría y su material, confinan muy bien el campo magnético, limitando así las pérdidas. Se pueden construir baluns de diferentes relaciones de impedancias, como 1:1 o 1:4, por ejemplo.El balun toroidal es la solución utilizada en la mayoría de los baluns comerciales.

Balun de cable coaxial

En estos baluns, la adaptación de impedancias se logra mediante la conexión de cables coaxiales cortados a una longitud múltiplo de λ/4. Estos baluns funcionan en un rango muy estrecho de frecuencias (algunas unidades por ciento), lo que los convierte de hecho también en filtrosLos baluns de cable coaxial son utilizados sobre todo en VHF o UHF, ya que en HF las longitudes de cable (algunas decenas de metros) no serían prácticas.En cambio, en VHF o UHF se usan longitudes de cable entre algunos centímetros y un metro de largo.

ELEMENTOS CONCENTRADOS Y DISTRIBUIDOS, APLICACIONES

La función de un balun es en general para lograr la compatibilidad entre sistemas, y como tal, se encuentra una amplia aplicación en las comunicaciones modernas, especialmente en la realización de los mezcladores de conversión de frecuencia para telefonía móvil y las redes de transmisión de datos posible. They are also used to convert an E1 carrier signal from coaxial cable to UTP CAT-5 cable. También se utilizan para convertir un E1 señal portadora del cable coaxial a la UTP CAT-5 cable.

APLICACIÓN2 BALUN JUEGO TRANSFORMADORES

EN LA RADIO Y TELEVISIÓN

En la televisión , la radio amateur , y otros antena instalaciones y conexiones, los baluns convierten entre 300 ohmios cable plano o 450 ohm línea de escalera (balanceado) y cable coaxial de 75 Ω (no balanceada) o para conectar directamente a una antena simétrica (no balanceada) de cable coaxial.

VIDEOBanda base de vídeo utiliza frecuencias de hasta varios megahertz . Un balun se puede utilizar para señales de video par a par trenzado de cables en lugar de utilizar cable coaxial. Muchas cámaras de seguridad tienen ahora tanto una equilibrada par trenzado sin blindaje (UTP) de salida y otro desequilibrado coaxial a través de un balun interno. Un balun se utiliza también en la grabadora de vídeo final para convertir de nuevo desde el equilibrado de 100 ohmios a la desequilibrada de 75 ohm.

AUDIOEn audio aplicaciones, convertir entre baluns de alta impedancia (ver impedancia nominal ) de impedancia balanceada y baja líneas equilibradas . . A excepción de las conexiones, los tres dispositivos en la imagen son eléctricamente idénticos, pero sólo dos más a la izquierda se puede utilizar como baluns El dispositivo de la izquierda que normalmente se utiliza para conectar una fuente de alta impedancia, como una guitarra, en una entrada de micrófono, que sirve como un pasivo unidad DI . El que está en el centro es para conectar una fuente de baja impedancia equilibrada, como un micrófono , en un amplificador de guitarra . El que está en el derecho no es un balun, ya que sólo proporciona impedancia.

En la línea de comunicaciones de energía , baluns se utilizan en el acoplamiento de las señales en una línea de alta tensión.

Los Baluns están presentes en los radares , transmisores, satélites, en todas las redes telefónicas, y probablemente en la mayoría de los módem de red inalámbrica / routers utilizados en los hogares. Se puede combinar con amplificadores de transimpedancia para componer alto voltaje amplificadores de bajo voltaje de los componentes.