UNIDAD 1. ACOPLAMIENTO

DE IMPEDANCIAS.

M.C. ZOE ADRIANA GONZÁLEZ PÉREZ

ENERO 2013

DEFINICIÓN DE IMPEDANCIA.

•IMPEDANCIA. La impedancia es la resistencia que opone

un componente PASIVO (resistencia, bobina,

condensador) al paso de la corriente eléctrica alterna.

•Impedancia es la relación entre los fasores de voltaje y

corriente de un elemento de dos terminales. La

impedancia puede ser:

Real: se la denomina resistencia.

Imaginaria: se la denomina reactancia.

Real e imaginaria: una magnitud compleja.

•Se define como un numero complejo Z cuyo modulo es

el de cociente de V/I

IMPEDANCIA

La impedancia tiene unidades de Ohmios (Ohms). Y es la suma de una componente resistiva (debido a las resistencias) y una componente reactiva (debido a las bobinas y los condensadores) es:

Z = R + j X

R= valor de oposición al paso de la corriente (sea corriente directa o corriente alterna) que tiene el resistor o resistencia.

La reactancia es el valor de la oposición al paso de la corriente alterna que tienen los condensadores (capacitores) y las bobinas (inductores).

En este caso existe la reactancia capacitiva debido a los condensadores y la reactancia inductiva debido a las bobinas.

IMPEDANCIA La impedancia de una resistencia, es el valor mismo de la

resistencia:

La impedancia de un inductor es:

La impedancia de un capacitor es:

La reactancia de un capacitor la cual se expresa con Xc se calcula de la siguiente forma:

Xc= Reactancia Capacitiva (ohms)

La reactancia de un inductor la cual se expresa con Xl se calcula de la siguiente forma:

Xl= Reactancia Inductiva (ohms)

En la siguiente tabla puede verse un resumen del valor de

impedancia de cada tipo de receptor en AC.

Acoplamiento de Impedancias. Los acopladores de impedancia son elementos indispensables para conseguir la máxima

transferencia de potencia entre circuitos, ya sean amplificadores, osciladores, mezcladores, etc.

Aplicación: Acoplamiento de líneas de transmisión y antenas.

La idea básica del acoplador, en que un generador, de impedancia ZG = RG + jXG suministra potencia a una carga de impedancia ZL= RL + jXL. para que la transferencia de potencia entre generador y carga sea máxima, es necesario que sus impedancias sean complejas conjugadas, es decir ZG = ZL*, en que ZL* es el complejo conjugado de ZL, es decir RL – jXL.

La función del acoplador es, por consecuencia, hacer que el generador “vea” en sus terminales una impedancia compleja igual al conjugado de su impedancia interna, es decir, ZG* = RG - jXG y del lado de la carga, la impedancia de salida del acoplador debe ser igual al complejo conjugado de la impedancia de carga, ZL*.

En una acoplamiento para la transmisión de señales de una gran ancho de banda y para evitar las reflexiones de la carga, la carga debe ser totalmente resistiva, y se debe acoplar perfectamente a la impedancia de la fuente (también totalmente resistiva).

Si se utiliza una línea de transmisión entre la fuente y la carga, entonces:

Zcarga = Zlinea = Zfuente

Acoplamiento de Impedancias.

Los dispositivos adaptadores empleados en el acoplamiento de impedancias, pueden tener diferentes configuraciones.

Autotransformador.

Tipo L

Tipo Pi

La teoría de los acopladores de impedancias, se basa, principalmente en la aplicación de los teoremas de circuitos equivalentes T&N.

Los anteriores dispositivos limitan el campo de acción, debido a la poca flexibilidad para trabajar con diferentes impedancias, para esto se usa un sistematizador que permite adaptar cualquier valor de impedancia.

Los sistematizadores más comúnmente usados para antenas son:

Monopolo.

Dipolo. (Dipolo corto=Xc en su Z y puede ser cancelada con una inductancia en sus terminales, y se puede sustituir po un tramo de LT)

Adaptación Delta.

Adaptación T.

Adaptación Gama.

Adapatación Omega.

Monopolo

Es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en

posición vertical

Se considera que el mono polo no es una antena completa, y que necesita

ser completada por un plano de masa para poder funcionar

correctamente.

El campo eléctrico es perpendicular al plano del suelo:

El monopolo se alimenta en la base. La alimentación es asimétrica, es decir,

cuando uno de los conductores del monopolo está a masa y el otro

experimenta las variaciones de tensión, se dice que la alimentación es

asimétrica. y habitualmente se alimenta con cable coaxial.

Usos VHF.

Aplicaciones : radio móvil y en expediciones de radioaficionados.

Monopolo

Dipolo

Es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir

ondas de radiofrecuencia, es un elemento de corriente de longitud h,

recorridos por una corriente uniforme.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia

de resonancia del dipolo y puede calcularse como :

L=150/Frecuencia en MHz (metros)

A causa del efecto de bordes la longitud real será algo inferior, del orden

del 95% de la longitud calculada.

Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual

magnitud cercanas entre sí.

Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieléctricos. A diferencia de lo

que ocurre en los materiales conductores, en los aislantes los electrones

no son libres. Al aplicar un campo eléctrico a un dieléctrico aislante éste se

polariza dando lugar a que los dipolos eléctricos se reorienten en la

dirección del campo disminuyendo la intensidad de éste.

Dipolo

Adaptación Delta.

El partido del delta utiliza una sección de cable de línea de transmisión

con el aumento de la separación gradual para que coincida con una línea

de dos hilos a una antena. Dos ventajas del partido de delta es la

simplicidad de su construcción y su capacidad para que coincida con una

amplia gama de impedancias. Dos desventajas principales son: en general,

la duración y la cantidad de aumento de la separación se debe

determinar experimentalmente para una antena específica y línea de

alimentación, y la sección del delta del partido irradia algunos RF,

cambiando el patrón de radiación de la antena

Adaptación T

La adaptación en T permite acoplar una baja impedancia con otra

mayor, La impedancia nominal de un dipolo se encuentra en el centro.

Si se toman dos puntos simétricos respecto al centro tendremos una

impedancia mayor que la nominal.

Las dos varillas paralelas al dipolo funcionan como líneas de

transmisión de acoplamiento. Los condensadores sirven para anular la

inductancia de las barras añadidas.

Los condensadores sirven para anular la inductancia de las barras

añadidas

Adaptación Gama

Es lo mismo que la adaptación T para líneas coaxiales. Se conecta la malla del coaxial al centro y se construye una sola de las ramas.

La adaptación Gamma puede ser considerada como la mitad de una adaptación en “T”. En serie con la varilla gamma se coloca un condensador para la resonancia; Su capacidad debe ser aprox. 7pF por metro de longitud de onda. La longitud de la varilla gamma (+ o – 10% del largo del dipolo y 3 veces más fino en su diámetro) determina la transformación de impedancias entre la línea de transmisión y el elemento excitado; El condensador gamma sintoniza la autoinducción de la varilla. Ajustando la longitud de esta y el condensador, la relación de ondas estacionarias (ROE) de la línea coaxial puede llegar a ser de bajo valor para la frecuencia de funcionamiento elegida.

Adaptación Gama

Adaptación Omega

Igual a la adaptación Gamma a la que se añade un condensador más, que permite acortar el brazo de adaptación, con lo que el ajuste con la antena instalada es mucho más fácil.

Una ligera modificación de la versión del acople gamma es el acople omega, con la única diferencia de que adicionalmente al condensador en serie C1 hay un condensador en paralelo C2 que ayuda a ajustar el acople. La presencia de C2 hace posible usar una rodilla o hace más fácilmente acoplar un elemento manejado resonante. La función primaria de C2 es cambiar de forma que cuando esta es invertida y su parte real re normalizada es igual a la impedancia característica de la línea de transmisión de entrada. Esto posiblemente eliminará la necesidad de cambiar las dimensiones de los elementos de acople si no se logra el ajuste perfecto.

Adaptación Omega

Transformador (lineal) de cuarto de

onda. Donde:

La=Trozo de linea de longitud La

Za= Impedancia caracteristica

Zo= Impedancia caracteristica de la linea.