Divisores de potencia y acopladores direccionales

Divisores de Potencia y Acopladores Direccionales.


Introducción


En muchas aplicaciones de microondas se quiere dividir o combinar potencia en tres o más puertos:






Los divisores de potencia: reparten la potencia entre los puertos de salida. Normalmente reparten a partes iguales (divisor de 3 dB).

Los acopladores: se pueden diseñar con relaciones de división de potencia arbitrarias.

Loshíbridos: reparten la potencia proporcionando además un desfase de 90º ó 180º entre las salidas.


Divisores de potencia


Reparten la potencia entre los puertos de salida.



Propiedades de las redes de 3 puertos (abajo):









Interesaría analizar los siguientes 3 parámetros: la Red recíproca en matriz simétrica, la Red sin pérdidas en matriz unitaria y todos los puertos adaptados endiagonal de ceros; pero no se puede lograr.

Una red de tres puertos sin pérdidas y con todos los puertos adaptados no es recíproca dando un circulador.
Generalmente se busca reciprocidad en los divisores porque o no se adaptan todos los puertos o se tienen pérdidas.
















Acopladores de potencia

El acoplador direccional es un componente pasivo de radiofrecuencia con cuatro
puertos definidoscomo:

• Puerto de entrada (P1): Puerto por dónde se inyecta la señal.

• Puerto de salida (P2): Puerto por el que se extrae la señal de salida.

• Puerto acoplado: (P3): Puerto por el que se obtiene una muestra de la señal
de entrada.

• Puerto aislado (P4): Puerto que debe estar cargado con la impedancia
característica del acoplador (generalmente 50 Ω).
Por regla general, el puertoaislado tiene la carga integrada internamente, con lo que a efectos prácticos el acoplador direccional se ve físicamente como un elemento de
tres puertos.





FUNCIÓN BÁSICA

La función básica del acoplador direccional consiste en obtener permanentemente una muestra de la señal de entrada, y por lo tanto de la señal de salida, pero con una potencia mucho menor. Esta potencia estará directamenterelacionada con el valor del acoplamiento.

Dada esta función, el acoplador direccional se utiliza por ejemplo, para poder monitorizar la señal que un transmisor (por ejemplo en una BTS) está enviando a una antena, sin necesidad de interrumpir la conexión entre el transmisor y el feeder de la antena.

Por otro lado, el acoplador direccional se utiliza también como un elemento
fundamental pararealizar medidas indirectas de grandes potencias, a través del puerto acoplado (ver aplicaciones).



PARÁMETROS BÁSICOS DEL ACOPLADOR DIRECCIONAL

Además del conjunto de parámetros que definen a cualquier tipo de sistema de radiofrecuencia, los parámetros característicos de un acoplador direccional son:

• Acoplamiento
• Frecuencia de trabajo
• Directividad
• Aislamiento
• Pérdidas deinserción y por acoplamiento

Acoplamiento (C): Es el parámetro que caracteriza al acoplador direccional y se define como la relación entre la potencia que se inyecta en el puerto de entrada(P1) y la potencia que aparece en el puerto acoplado (P3), cuando los puertos P2 y P4 se encuentran cargados con su impedancia característica. C(dB)= - 10 log (P1/P3)

Por ejemplo, si inyectamos 1W por el puertode entrada P1 o lo que es lo mismo 30dBm y obtenemos 1 mW en el puerto acoplado, o lo que es lo mismo 0 dBm,tendremos un acoplamiento (C) de -30 dB.

Si ignoramos las pérdidas de transmisión del dispositivo, la potencia de salida por el puerto P2 será de 0.999 W; o lo que es lo mismo 29.995 dBm.
Frecuencia de trabajo: Como la gran mayoría de dispositivos de radiofrecuencia, las característicasdel dispositivo se mantienen sólo en una determinada banda de frecuencias.

Por lo tanto, el acoplamiento es un parámetro que varía con la
frecuencia y los fabricantes nos darán el dato del acoplamiento para la frecuencia central de una determinada banda de trabajo y lo expresarán en general de la siguiente forma:

Por ejemplo “ Acoplamiento nominal: 10 ± 0.5 dB”
Aislamiento (I): Es la...