Antenas Baluns ,.docx

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-L ASIGNATURA: Antenas

CARRERA: Electrónica e Instrumentación

NOMBRE: Jaime Alejandro Alegría Vizuete

NIVEL: Sexto nivel

TEMA: Baluns, Duplexores, Combinadores, Preselectores,Circuladores

FECHA: lunes, 4 de enero del 2019

Es aquel conductor que convierte líneas de transmisión desequilibradas a líneas equilibradas.

 Aíslan la línea de transmisión.  Proporcionan corriente de salida equilibrada.  Acoplan líneas de impedancia diferentes.

NRC: 2729

Todo parte en relación con la fig1. Este es el esquema básico de un balun es el más utilizado y con el cual se emplea como base para realizar varios tipos de estructuras:

TOROIDAL

NUCLEO DE FERRITA

(a) (a)

(a)

(b) Fig 1. (a) balun 1:1 (b) balun 4:1

Tiene un transformador o autotransformador que tiene bobinados conectados en serie. Los dos extremos se conectan al dispositivo equilibrado como es la antena dipolo, y el dispositivo desequilibrado comúnmente cable coaxial tiene conectado si radio interno conectado al punto medio del balun mientras que su radio externo se conecta a cualquiera de los 2 extremos del balun.

(b)

(b) Fig 2. Estructura toroidal (a) balun 1:1 (b) balun 4:1

Las estructuras indicadas en la fig2 son muy comunes y las más utilizadas para los baluns. Utilizan el núcleo toroidal porque es el de mayor adaptación para las aplicaciones en las cuales necesitemos incorporar un balun.

Fig 3. Estructura núcleo de ferrita (a) balun 1:1 (b) balun 4:1

Las estructuras indicadas en la fig3 no son muy utilizadas en la actualidad, aunque fueron las que más se usaron en los inicios de los baluns la estructura toroidal fue ganando más popularidad por su mejor acoplamiento, ya que se conseguía un mejor equilibrio en las líneas de transmisión. Pagína 1 de 18

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 filtros.

Brinda un medio para acoplar energía de una línea desbalanceada a un sistema de antenas balanceado y al mismo tiempo produce una transformación de impedancias en relación de 4:1.

Fig 4. Balun coaxial

Se caracteriza porque cuando la longitud de su camisa externa es igual al λ/4. actúa como una línea de cuarto de onda curcuteada. El conductor externo de la línea coaxial, que está encerrada por la bazooka, funciona como conductor interno de esta sección de línea. El efecto es provocar una alta impedancia entre los puntos A y B.

Fig 5. Balun trombone

Fig 6. Balun bazooka

Es un transformador de banda ancha con entrada asimétrica y salida simétrica. Se puede construir con núcleo de aire o bien de ferrita. Es el más utilizado en receptores de radio y tv. Poseen un gran ancho de banda y una gran rigidez. Existe modelos con relación 1:1 y de 1:4 en impedancia Rango de frecuencia 1.8-60 MHz.

Balun choque Consiste en hacer una inductancia con el propio cable coaxial, de tal forma que las corrientes inducidas en la malla del mismo no puedan circular por él. Al tener cable coaxial la malla por fuera y el conductor vivo por dentro, esta bobina solo afecta la malla. Si la bobina así formada tiene suficiente inductancia, impedirá que las corrientes circulen por la malla.

Fig 7. Balun de ferrita Fig 8. Balun choque

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Balun IC460A [4]

CARACTERISTICAS  Conecte dispositivos de audio que estén muy separados usando un cable CAT5 de bajo costo en lugar de un cable coaxial costoso. 

Diseño compacto para instalar junto a equipos de audio en espacios reducidos.



Los baluns de audio analógico admiten conexiones de audio estéreo o mono analógico desbalanceado de hasta 5000 pies (1524 m) a través del cable CAT5. Para audio estéreo, ordene dos por lado.



Ideal para conexiones de equipos en salas de cine en casa, salas de conferencias o centros de capacitación donde el cable UTP ya está instalado o donde los conductos no permiten múltiples tramos de cables voluminosos.



Alivio de tensión del cable para conexiones seguras.



Se puede usar con nuestro componente / video compuesto Balun (IC462A) para extender las aplicaciones de A / V.



Garantizado de por vida.

DETALLES 

Los baluns de audio analógico admiten conexiones de audio estéreo o mono analógico desbalanceado de hasta 5000 pies (1524 m) a través del cable CAT5. Para audio estéreo, ordene dos por lado.



Los baluns de audio digital llevan Dolby® Digital, dts® y otros tipos de audio digital de hasta 600 pies (182.8 m) a través del cable CAT5.



Ideal para conexiones de equipos en salas de cine en casa, salas de conferencias o centros de capacitación donde el cable UTP ya está instalado o donde los conductos no permiten múltiples tramos de cables voluminosos.



Alivio de tensión del cable para conexiones seguras. Pagína 3 de 18

ESPECIFICACIONES CONFORMIDAD 0

cul FCC

0

UL GENERAL Ancho de banda

IC460A: Hasta 1000 pies (304.8 m): DC 60 Hz20 kHz; 1000 pies (304.8 m) a 5000 pies (1524 m): CC 100 Hz-20 kHz; IC461A: DC a 25 MHz Aprobación CE

Sí

Conectores

(2) terminales de tornillo, (1) conector RCA

Distancia máxima Más de CAT5 UTP: AC460A: 5000 pies (1524 m); AC461A: 600 pies (182.8 m) Tamaño AC460A: 0.5 "H x 1.25" W x 0.5 "D (1.3 x 3.2 x 1.3 cm); AC461A: 0.6" H x 2.3 "W x 0.6" D (1.5 x 5.8 x 1.5 cm) FUNCIONA CON stereo audio balun hi-fi quad audio balun Tabla 1. Especificaciones técnicas del balun IC460A

RENDIMIENTO TÍPICO: TA = 25 ° C, 0DBM, Z0 = 75Ω

Fig 9. Amplitud y fase características

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DUPLEXORES

Principio de funcionamiento [6]

¿Qué son? [5]

¿Para qué sirve? [5]

Dispositivo electrónico que debe eliminar interferencias del transmisor cuando este a la frecuencia del receptor y viceversa.

 Sirve para transmitir y recibir señales con una misma antena.  Sirve para separar la etapa de transmisión y recepción.  Proporciona el aislamiento suficiente para evitar la desensibilización del receptor.

Estructura y Formulas [6]

Básicamente su estructura está compuesta por filtros tanto en su etapa de transmisión como en la de recepción.

FILTRO PASA BAJOS

Fig 11. Circuito filtro pasa bajos

Es un circuito utilizado para que permita el paso de frecuencias mas bajas y atenuar las frecuencias más altas. 𝑊𝑐 =

1 𝑅𝐶

ecu(1)

FILTRO PASA ALTOS

Fig 12. Circuito filtro pasa altos

Este circuito se caracteriza por permitir el paso de frecuencias altas y atenúa las frecuencias bajas. 𝑊𝑐 =

𝑅 𝑒𝑐𝑢(2 𝐿

Fig 10. Diagrama básico de un duplexor

Utiliza un principio de propagación y recepción de ondas electromagnéticas, para lo cual se utiliza dos circuitos que en realidad son filtros como se observa en la fig10, además debe ser capaz de soportar la potencia de salida del transmisor y realizar un rechazo adecuado del ruido del transmisor que ocurre en la frecuencia de recepción.

FILTRO PASA BANDA

FILTRO PASA RECHAZABANDA

Fig 13. Circuito filtro pasa banda

Fig 14. Circuito filtro rechaza banda

Este circuito permite el paso de un rango de frecuencias mientras que las frecuencias que estén fuera de ese rango las atenúa.

Este circuito permite el paso de frecuencias que estén fuera de rango mientras que las frecuencias que están dentro de ese rango las atenúa.

𝑊𝑐 =

1 √𝐿𝐶

𝑒𝑐𝑢(3) 𝑊𝑐 =

1 √𝐿𝐶

𝑒𝑐𝑢(3)

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Ejercicio: Diseñar un duplexor con las siguientes condiciones: a) Se necesita para la etapa de transmisión que frecuencias entre 800 KHz 1100KHz con una frecuencia de corte de 990MHz. b) Se necesita para la etapa de recepción que acepte frecuencias menores a 700 KHz.

Para la etapa de transmisión utilizaremos un filtro pasa bandas mientras que para la etapa de recepción ocuparemos un filtro pasa bajos.

Literal a

Donde: 𝑓1 = 880 𝐾𝐻𝑧 𝑓2 = 1100 𝐾𝐻𝑧 𝑓𝑐 = 990 𝐾𝐻𝑧 𝑊𝑐 =

1 √𝐿𝐶

Asumo una inductancia L = 2mHn √𝐿𝐶 =

𝐿𝐶 =

1 𝑊𝑐

1 𝑊𝑐 2

Donde 𝑊𝑐 = 2𝜋𝑓𝑐

𝐶=

1 𝐿 ∗ (2𝜋𝑓𝑐)2

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𝐶=

1 (2𝑚𝐻𝑛) ∗ (2𝜋(990𝐾𝐻𝑧))2 𝐶 = 12.9 𝑝𝐹

Usaremos el siguiente esquema

Literal b Donde: 𝑓𝑐 = 700 𝐾𝐻𝑧 𝑊𝑐 =

1 𝑅𝐶

𝑅𝐶 =

1 𝑊𝑐

𝑅=

1 𝐶 ∗ 𝑊𝑐

Asumo C =0.1µF

𝑅=

1 (0.1µ𝐹) ∗ (2𝜋(700𝐾𝐻𝑧)) 𝑅 = 2.27Ω

Implementaremos los valores en este circuito

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DUPLEXER WDK4 + 3-DC-10 / 1000-2000-60S3 [7]

 

Banda de paso 1: DC a 10 MHz Banda de paso 2: 1000 a 2000 MHz

ESPECIFICAIONES BANDA DE PASO 1

BANDA DE PASO 2

Bandas de paso

DC a 10 MHz

1000 a 2000 MHz

Pérdida de inserción

0.5 dB max.

0.5 dB max.

Pérdida de retorno

14 dB min.

14 dB min.

Stopbands

1000 a 2000 MHz

DC a 10 MHz

Atenuación de banda de

60 dB min.

60 dB min.

parada Temperatura de

15 ° C a 45 ° C

funcionamiento Manejo de poder

max. 1 W CW en un VSWR 2: 1

Dimensiones (L x W x H)

80 x 27 x 13.2 mm (más conectores y bridas)

Aprox. Peso

0.07 kg

Provisión de montaje

Bridas de 5,5 mm en ambos extremos.

Conector común

SMA-HEMBRA

Conector 1

SMA-HEMBRA

Conector 2

SMA-HEMBRA

RENDIMIENTO TÍPICO

DIBUJO TÉCNICO

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¿Qué son?

Es aquel dispositivo electrónico que combina (suma) diferentes señales en una sola salida.

Principio de funcionamiento

Básicamente un combinador también puede ser un divisor. Este elemento es reversible, es decir, dependiendo de las excitaciones puede funcionar como un combinador o divisor. Cuando se excita como un combinador, agrupa la potencia suministrada por los puertos conectados y la entrega al puerto principal. Si se excita como un divisor, la potencia recibida a través del puerto principal es repartida a los puertos conectados, normalmente de forma equitativa.

COMBINADORES [8]

¿Para qué sirve?  Sirve para transmitir varias señales a la ves en un solo medio.  Es útil para aplicaciones de potencia ya que al combinar varias señales aumenta la amplitud de las señales por lo tanto se ve reflejado en un aumento de potencia.

Clasificación y Estructura

Hay numerosas técnicas para desarrollar un combinador de potencia, se pueden clasificar de la siguiente manera:

Fig 15. clasificación de los combinadores

Nivel circuital

Nivel de dispositivo

Existen distintas técnicas de combinación a nivel circuital. Se podría clasificar estas técnicas en dos categorías:

 Combinador de potencia Los combinadores a nivel dispositivo consisten en agrupar dispositivos activos cuyo tamaño es relativamente pequeño con respecto a la longitud de onda. En la Figura17 se muestra la combinación de potencia aplicada en un chip de transistor. Estructura:

Fig 16. Clasificación de combinadores a nivel circuital.

Fig 17. Combinador de potencia aplicada en un chip de transistor.

Multipasos

N-way

Combina la potencia procedente de varios puertos en varias etapas, los métodos más conocidos son: árbol binario o en cadena.

Son aquellos combinadores que logran agrupar la potencia en un mismo paso. Esta técnica permite combinar la potencia de forma más eficiente, al mismo tiempo tener una dimensión compacta. Pagína 10 de 18

Nivel circuital [8]

Multipasos

N-way

Combinador en cadena

Combinador radial

Un combinador en cadena, también se le denomina como combinador en serie. La combinación se realiza a través de N-1 etapas, siendo N el número de puertos. Consiste en añadir una 1/N parte de potencia a la potencia de salida en cada etapa.

Los combinadores de este tipo emplean guía de onda o guía de onda de sustrato integrado (Substrate Integrated Waveguide), son utilizados para frecuencias altas. Debido a su gran volumen, es poco viable para frecuencias bajas.

Fig 19. Combinador resonante o radial.

Fig 18. Combinador en cadena o serie.

Combinador Árbol

Combinador no radial

El combinador binario o corporativo tiene forma de árbol. Una peculiaridad de este tipo de combinadores es que los puertos solo pueden ser añadidos de forma coherente: el número de puertos tiene que ser potencia de 2. En este tipo de combinadores habitualmente se emplean acoplador de Lange, Wilkinson de 2 puertos, híbridos, etc.

Un combinador no resonante puede proporcionar una banda ancha, habitualmente se emplea microstrip como medio de transmisión. El modelo más empleado es el combinador Wilkinson como muestra la figura 3 ya que logra el aislamiento entre las salidas mientras se mantiene la adaptación.

Fig21. No radial. Fig 20. Combinador binario.

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COMBINADOR DMS-200 Y DMS-300 [9]

CARACTERISTICAS 

Para acoplar las señales TV y FI-Sat procedentes de recepciones terrestre y satélite.



Caja de fundición de zinc niquelada.



Provisión para puesta a tierra.



Conexión F hembra.

ESPECIFICACONES MODELO

DMS-200

DMS-300

Ref.

3371

3372

Entradas RF

2 TV (5 – 862 MHz), FI (950

3 TV (5 – 862 MHz), FI-1

– 2300 MHz)

(950 – 2300 MHz), FI-2 (950 – 2300 MHz)

Salidas RF

1 TV + FI

2 TV + FI-1 TV + FI-2

Atenuación de inserción dB

TV: ≤ 1,0, FI: ≤ 1,5

TV: ≤ 4, FI-1/FI-2: ≤ 2

Desacoplo entre entradas dB

≥ 25

Paso de corriente a entrada/s FI

Sí (máx 18 V/500 mA)

Comandos DiSEqC

Paso de tonos

Protección

IP20 (interior)

Temperatura de

-10 ... +55

funcionamiento ºC Dimensiones mm

80 x 45 x 20

122 x 45 x 20

Tabla 3. Especificaciones técnicas del COMBINADOR DMS-200 Y DMS-300

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CONEXIÓN

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Es un dispositivo el cual se encuentra entre una antena y un receptor y se acopla para mejor el rendimiento de casi cualquier receptor.

Principio de funcionamiento [11]

Un preselector normalmente se sintoniza para tener un ancho de banda estrecho, centrado en la frecuencia de operación del receptor. El preselector pasa a través de la señal en la frecuencia sintonizada, o solo ligeramente disminuida, pero reduce o elimina las señales de fuera de frecuencia, reduciendo o eliminando las interferencias no deseadas. Sin embargo, un preselector no elimina la interferencia en la misma frecuencia a la que tanto él como el receptor están sintonizados

 Elimina frecuencias que están fuera de sintonía.  Sirven para evitar sobrecargas en receptores de banda ancha.  Evita demandas de potencia que se aplican a todas las etapas posteriores del receptor.  Algunos preselectores pueden limitar el voltaje de la señal de entrada.

Preselectores multifunctional [11]

Fig22. Preselector básico.

El preselector es básicamente un filtro pasa banda que no permite que pasen frecuencias que puedan causar alguna interferencia, un problema, o estén fuera de sintonía desde un punto inicial como es la antena hasta su etapa final como es el receptor.

Un preselector puede diseñarse de manera que además de atenuar la interferencia de frecuencias no deseadas, realizará otros servicios que pueden ser útiles para un receptor: puede limitar el voltaje de la señal de entrada para proteger a un receptor sensible de daños causados por descargas estáticas, picos de voltaje cercanos, y sobrecarga de señales de transmisores cercanos. También puede incorporar una pequeña etapa de amplificador de radiofrecuencia para aumentar la señal filtrada, aunque para uso típico, la amplificación en el preselector no es necesaria. Ninguna de estas conveniencias adicionales es necesarias para la función de preselección.

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PRESELCTOR TPCP-3846 [13]

ESPECIFICACIONES TECNICAS TELEWAVE MODELO

TPCP-3846

Numero de cavidades

6

Ancho de banda

4 MHz

Conector en salida serie

N

Frecuencia mínima

370 MHz

Frecuencia máxima

430 MHz

Impedancia

50Ω

Perdida máxima de inserción

2 dB

Dimensiones mm

483 x 267 x 305

Tabla 4. Especificaciones técnicas del preselector TPCP-3846

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CIRCULADORES [12]

Principio de funcionamiento

¿Qué son?

¿Para qué sirve?

Es una red de 3 accesos (también existen de cuatro, pero su uso es menos frecuente), generalmente trabajan en microondas, controlan la dirección de la señal y el flujo dentro de un circuito de RF, además de unidireccionales, hacen circular el flujo de energía de cada puerto a su puerto adyacente en sentido horario.

 Sirve como aislamiento para generadores.  Sirve para separar una etapa de transmisión y de recepción de un sistema de comunicaciones. Fig 23. Diagrama de un circulador

El circulador está compuesto por 3 accesos numerados como se muestra en la figura, con un principio de funcionamiento horario y unidireccional, donde ondas que inciden en el primer acceso se transmiten por el segundo, si incide en el segundo acceso sale por el tercer y si está incidiendo en el tercer acceso sale por el primero. La transmisión en sentido inverso no se produce.

Aplicaciones

Duplexor

Aislador

Fig 24. Circulador como duplexor de antena

Una aplicación típica de los circuladores es como duplexores de antena como se muestra en la fig, la misma antena sirve simultáneamente para transmisor (T) y receptor (R), y el circulador se encarga del correcto direccionamiento de las señales.

Fig 25. Circulador utilizado para aislar un generador de las reflexiones de la carga ZL

En la otra aplicación importante, el circulador se utiliza para aislar un generador de las señales reflejadas por una carga desadaptada como se muestra en la figura; estas cargas son dirigidas hacia la terminación del acceso 3, donde son absorbidas. De esta manera, el generador no percibe nunca reflexiones y, en consecuencia, es como si estuviese siempre conectado a una carga adaptada.

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CIRCULADOR PASTERNACK PE8410 [14]

DETALLES Circulador con aislamiento de 18 dB de 1 GHz a 2 GHz, 10 vatios y N hembra El circulador de radiofrecuencia PE8410 de Pasternack forma parte de una amplia gama de componentes de RF, microondas y ondas milimétricas. Este circulador de RF está fabricado con conectores tipo N que son hembra. Tiene una frecuencia mínima de 1.000 MHz y una frecuencia máxima de 2 GHz. Este tipo de circulador coaxial N tiene un aislamiento mínimo de 18 dB y una potencia de entrada máxima de 10 vatios. El circulador coaxial tipo N PE8410 es uno de los más de 40,000 componentes de RF, microondas y ondas milimétricas suministrados por Pasternack. ESPECIFICACIONES MODELO

PASTERNACK PE8410

Conector en serie

N

Conector en genero

Hembra

Conector en salida serie

N

Frecuencia mínima

1000 MHz

Frecuencia máxima

2 GHz

Impedancia

50Ω

Perdida máxima de inserción

0.6 dB

Potencia de entrada máxima

10W

Aislamiento mínimo

18dB

Tabla 5. Especificaciones técnicas del circulador PE8410

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Bibliografía [1] K. S. R. I. D. ANG, «Analysis and design of impedance-transforming planar Marchand baluns,» IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , vol. 49, pp. 402-406, 2001. [2] J. V. Tirado, Diseño y Fabricación de una antena con diversidad en polarización para redes wifi a 2.4GHz, Barcelona , 2006. [3] R. W. Lewallen, «Baluns: What they do and how they do it. The ARRL Antenna Compendium,» vol. 1, pp. 157-164, 1985. [4] «blackbox,» [En línea]. Available: https://www.blackbox.com.mx/mx-mx/fi/1488/12154/Balun-deAudio?Print=1. [Último acceso: 03 02 2019]. [5] A. M. S. Á. Tribak, «Duplexor banda ancha en tecnología de guía de onda para aplicaciones satélite.,» vol. 1, 2009. [6] K. M. A. T. A. Cepero, «Diseño de un duplexor de gran ancho de banda en tecnología de guía de onda para aplicaciones de satélite. Ingeniare,» Revista chilena de ingeniería, vol. 20, pp. 191-196, 2012. [7] «wainwrigh,» [En línea]. Available: https://www.wainwright-filters.com/standard-filter/wdk43-dc-10-10002000-60. [Último acceso: 03 02 2019]. [8] X. Yu, «Análisis y diseño de combinador radial de potencia sobre tecnologia microstrip,» Universidad autonoma de Madrid, 2016. [9] [En línea]. Available: https://www.ikusi.tv/sites/default/files/imported/descargables/Ficha%20tecnica%20DMS-300_es.pdf. [Último acceso: 03 02 2019]. [10] F. M. Aires Casas, «Estudio para la implementación de un banco de filtros-limitadores superconductor.,» 2010. [11] W. H. Burleyson, «Preselector Trademark Office». Washington Patente 2,804,991, 1957. [12] J. B. Temes, « Circuitos de microondas con líneas de transmisión,» Univ. Politèc. de Catalunya, vol. 28, 1996. [13] «syscom,» [En línea]. Available: https://www.syscom.mx/producto/TPCP-3846-TELEWAVE,%20INC33316.html. [Último acceso: 03 02 2019]. [14] «pasternack,» [En línea]. Available: https://www.pasternack.com/50-ohm-n-circulator-1000-mhz-2000mhz-10-watts-18-db-pe8410-p.aspx. [Último acceso: 03 02 2019].

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