Acopladores direccionales en lineas de transmision

Saludos. En esta ocasión voy a hacer una breve descripción de lo que son los acopladores direccionales en lineas de transmisión, asi que comencemos.

Primero vamos a recordar que las telecomunicaciones se basan en la transmisión de información a través de señales electromagnéticas y la transmisión de estas señales electromagnéticas se puede realizar de dos formas: transmisión radiada y transmisión guiada.

Transmisión radiada

Es la propagación de ondas electromagnéticas por el espacio libre

Transmisión guiada

Es la propagación a través de una estructura o medio que permita el confinamiento y guiado de las ondas electromagnéticas desde el origen hasta el destino. Dicha estructura o medio se le denomina línea de transmisión.

¿Que son las lineas de transmisión?

Las lineas de transmisión confinan la energía electromagnética a una región del espacio limitada por el medio físico que constituye la propia línea. La línea está formada por conductores eléctricos con una forma geométrica determinada que condiciona las características de las ondas electromagnéticas en ella. Una linea de transmisión es al menos un par de hilos metálicos separado por un aislante.

Linea de transmisión

Ejemplos de lineas de transmisión

Una de las características de las lineas de transmisión es su Impedancia. porque se comportan como un circuito eléctrico tipo RLC, ya que tratan con señales de corriente alterna, las cuales tienen diferentes frecuencias.

Impedancia de una linea de transmisión

El circuito equivalente de una linea de transmisión es el siguiente:

Circuito equivalente de una linea de transmisión

Impedancia caracteristica

Es la impedancia que se ve desde una línea infinitamente larga o la que se ve desde el largo finito de una línea que termina en una carga totalmente resistiva igual a la impedancia característica de la línea. Se calcula de esta manera:

Impedancia característica de una linea de transmisión

Acopladores

Muchas veces se debe conectar una carga a una línea de impedancia característica diferente. En este caso la onda que viene por la linea se refleja disminuyendo la potencia entregada a la carga y puede tener efectos adversos como sobretensiones y sobrecorrientes sobre la línea capaces de causar daños. Para evitar estas situaciones existen los adaptadores, qte son mecanismos de adaptación de las impedancias entre la línea y la carga.

Acopladores direccionales

Un acoplador direccional es un dispositivo que permite detectar y separar las ondas incidentes y reflejadas en una línea de transmisión, como por ejemplo, aquella que une la salida de un transmisor de radio con la antena. Este dispositivo esta formado por cuatro puertas y básicamente consta de dos líneas de transmisión y un mecanismo de acoplo entre ellas.

Acoplador direccional

El funcionamiento es el siguiente:

• Una porción de la onda que viaja de 1 (puerto de entrada) a 2 (puerto directo respecto al puerto 1) se acopla a 3 (puerto acoplado respecto al puerto 1) pero no a 4 (puerto aislado respecto al puerto 1).
• Una porción de la onda que viaja de 2 (puerto de entrada) a 1 (puerto directo respecto al puerto 2) se acopla a 4 (puerto acoplado respecto al puerto 2) pero no a 3 (puerto aislado respecto al puerto 2).
• El análisis es análogo para los puertos 3 y 4.

Por lo tanto siempre queda una puerta aislada.

Los parámetros básicos en el funcionamiento de un acoplador direccional son el acoplo, la directividad y el aislamiento.

El acoplo, C(dB), se define como:

Acoplo de un acoplador direccional

Siendo P1 la potencia incidente en el puerto 1 (potencia de la onda progresiva que se propaga por ese acceso) y P3 la potencia que sale por el puerto 3.

El aislamiento, I(dB), se corresponde con el cociente entre P1 y P4, donde P4 es la potencia que sale por el puerto 4.

Aislamiento de un acoplador direccional

La directividad, D(dB), es el cociente entre P3 y P4:

Directividad de un acoplador direccional

Algunos tipos de acopladores direccionales son el acoplador Bethe-Hole, el cual es realizado con dos guías de onda rectangular acopladas por medio de un orificio en el plano común a ambas.

Acoplador Bethe-Hole

También están los acopladores de múltiples aberturas que en vez de acoplarse por un solo orificio lo hacen por medio de múltiples orificios separados a una distancia igual a un cuarto de onda.

Acoplador de múltiples aberturas

Asimismo están los acopladores de líneas acopladas y los acopladores Lange

Divisores de potencia

Son dispositivos que se encargan de repartir la potencia entre los puertos de salida. Normalmente lo hacen en partes iguales.

Divisor de potencia

Generalmente se busca reciprocidad en los divisores de potencia, pero se tiene como consecuencia que o no se adaptan todos los puertos o se tienen perdidas.

Los divisores de potencia de tres puertos que no presentan perdidas pero con uno de sus puertos desadaptados son conocidos como divisores de unión en T.

Divisor de unión en T

Para  lograr adaptación en todos los puertos de la unión en T se le añadirán pérdidas:

Divisor de unión en T con perdidas

Si se le añaden elementos resistivos a un divisor de potencia cuyos puertos de salida están adaptados por medio de elementos resistivos solo se disipará la potencia reflejada. A este tipo de divisores de potencia se le conoce como divisores Wilkinson.

Divisor Wilkinson

Cavidades resonantes

Como una sección de una línea de transmisión tiene características de inductancia serie y capacitancia en paralelo, entonces a una frecuencia dada habrá resonancia. Como en microondas se utilizan guías de ondas, la sección de una guía de onda a determinada frecuencia se comportará como un circuito resonante. A dicha sección de guía de onda se le llamará cavidad resonante. Una cavidad resonante se comporta como un circuito resonante en paralelo y pueden tener forma rectangular o cilíndrica.

Cavidad resonante

Bueno vamos a dejarlo hasta aquí. Suscribanse a este blog y si desean hacer algún comentario o expresar alguna duda o sugerencia pueden hacerlo ¡Hasta la próxima!