Brean line

UN EJEMPLO DE DISEÑO - DIVISOR “BRANCH-LINE” DE BANDA ENSANCHADA Para forma parte de una red de alimentación de un array, diseñado para una frecuencia de 2 GHz y con impedancia de referencia 50 S, se necesita un acoplador direccional de tipo “branch line” de 3 dB y banda ensanchada. La literatura proporciona la posibilidad de usar una estructura de tres ramas como la de la figura.

Es posibledemostrar que las condiciones de diseño para este tipo de divisores son

donde

es el valor numérico del acoplo. Puesto que hay tres parámetros libres (Z01 Z02 Z03) y

sólo dos condiciones a cumplir, es posible realizar diversos tipos de diseños, que se diferencian en su forma de respuesta en frecuencia. De entre ellos se elige la llamada solución periódica, en la que Z02= Z0=50 Sobteniendose entonces, para de ecuaciones en Z01 Z02 y con ayuda de una hoja de cálculo que resuelve el sistema Z01=120.7 S, Z03=70.7 S

El primer paso del diseño consistirá en confirmar que los valores elegidos son los correctos y estimar la respuesta de la estructura. Para ello usamos RFSim99 dibujando la topología

y calculamos la respuesta, que resulta ser: - En reflexión y aislamiento

- En lasalida acoplada

Puede apreciarse que la banda en reflexión, definida a -20 dB, es del orden del 24% y que en dicha banda la variación del acoplo es de 0.23 dB. Estas características son las esperables para este diseño, sea cual sea la tecnología en que se implemente, siempre que corresponda a la propagación de un modo TEM (modelo de lineas de transmisión).

Pasemos ahora a la realización enmicrostrip. Se tomará un sustrato con espesor 0.508 mm y permitividad relativa gr=3.4. Se puede implementar una hoja de cálculo con las formulas existentes en la literatura (p.e. en E.M. Pozar “Microwave Engineering” pp 185-186) o usar la ayuda del calculador de RFSim99 para preparar la tabla siguiente Z0 (S) 50 70.7 120.7 w (mm) 1.16 0.60 0.13

geff
2.66 2.52 2.34

8/4 (mm) a 2 GHz
22.9923.62 24.50

Con estas dimensiones es posible dibujar una máscara que serviría de base a la realización de un prototipo. Es en este punto donde finalizaría la actividad correspondiente a la asignatura de Circuitos de Alta Frecuencia, quedando la implementación y medida del dispositivo en el ámbito de la asignatura del Laboratoriod e Circuitos de Alta Frecuencia. Naturalmente la realización prácticadel circuito definitivo con garantías de éxito hace aconsejable una predicción mas detallada de su comportamiento. Es por ello que conviene utilizar herramientas mas avanzadas, siguiendo un proceso como el que se describe a continuación. El cálculo de la respuesta de la estructura en microstrip ha de hacerse con un código mas completo, bien de implementación propia, bien de disposición comercial.Elegiremos el simulador circuital ADS de Agilent y dibujaremos un esquemático con lineas microstrip de las dimensiones calculadas

del que obtenemos por simulación

-10 -15

dB(S(1,4)) dB(S(1,1))

-20 -25 -30 -35 -40 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

freq, GHz

-2.8

-3.0

dB(S(1,3))

m1 freq=1.990GHz dB(S(1,3))=-3.450

-3.2

-3.4

m1

-3.6 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6freq, GHz

Puede apreciarse que la respuesta está razonablemente centrada en 2 GHz pero la potencia que sale por la puerta acoplada es menor de la debida (0.48 en lugar de 0.5, con error del 9%).

Podemos re-diseñar el acoplador de forma que aumente la potencia en la puerta acoplada, aumentando dicha potencia en el diseño original en el mismo %, lo que corresponde a un acoplador de 2. 6 dB parael que Z01=112.7 S (w=0.17 mm, R=24.37 mm) y Z03=67.5 S. (w=0.66 mm, R=23.5 mm). La nueva respuesta es

-10

-20

dB(S(1,4)) dB(S(1,1))

-30

-40

-50 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

freq, GHz

-2.5 -2.6

dB(S(1,3))

-2.7 -2.8 -2.9 -3.0 -3.1 1.4 1.6

m1 freq=1.990GHz dB(S(1,3))=-3.051

m1
1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

freq, GHz
prácticamente idéntica a la ideal.

Analicemos el...