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LABORATORIO DE MICROONDAS Y FIBRA OPTICASTUBS

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Laboratorio-jueves 13:00 a14:30

ADAPTACION DE IMPEDANCIAS MEDIANTE

STUBS

I.

ObjetivosEl principal objetivo de este laboratorio es brindar un concepto del acople de

impedancias mediante STUBS, adems de afianzar los conocimientos delsoftware para el diseo de circuitos en microondas

El objetivo planteado por nosotros, fue el de aprender una nueva forma de

acoplar impedancias, por medio de STUBS, ya sea simple o doble,diferenciando las ventajas y desventajas que tiene este mtodo comparado con

otro mtodo de acoplamiento de impedancias.

II. Marco Terico1. STUB como adaptador de impedancias

En los sistemas de microondas es importante evitar cualquier tipo de

reflexin, especialmente en aquellos lugares donde la seal de microondas se

encuentra a la salida de los elementos activos tales como amplificadores y

osciladores, es por eso que usaremos el siguiente mtodo de adaptador deimpedancias que son los STUB.

Un STUB, consiste en una pequea linea de transmisin montada cerca de lacarga que se desea acoplar la cual esta generalmente a 90 de la linea de

transmisin, esta puede estar terminada ya sea en un circuito abierto o en un

cortocircuito, dependiendo de la longitud del stub y de la distancia hacia la

carga. Estos STUB (sintonizadores), tienendistintos parmetros de ajuste:

Distancia de la carga al STUB Valor de susceptancia o reactancia del STUB (dependiente de la longitud

L)

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2. Diferentes configuraciones de los STUBSLos STUB, pueden ser conectados en el circuido de dos maneras, las cuales

pueden ser implementadas con ms de un arreglo. Las diferentes

configuraciones de los STUB:

STUB TIPO SERIE

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La lnea de transmisin de longitud d, desplaza ZL hasta una impedancia con parte

real Z0. El stub compensa la parte imaginaria de dicha impedancia.

STUB TIPO PARALELO

La lnea de transmisin de longitud d, desplaza ZL hasta una impedancia con partereal Z0. El stub compensa la parte imaginaria de dicha impedancia.

3. STUB doblePermite trabajar con un tramo de lnea de transmisin fijo (no dependiente de la

carga).

Desventaja: No adapta cualquier impedancia.

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4. Sintonizadores de STUB triple y E-H.Es apenas posible que la curva no intersecte al crculo R=1, en cuyo caso un

acople de doble stub no es posible para este valor de la impedancia de carga y

posiciones de stub. Entonces se emplean sintonizadores generalizados ajustablescon tres stubs, que estn distanciados a intervalos diferentes. Este dispositivo se

denomina un sintonizador de triple stub. Cortos deslizables son fcilmenteubicables en coaxial o guas de onda. Slo en guas de onda, existe un tipo

especial de sintonizador llamado sintonizador E-H. Este tiene brazos laterales en

corto y abiertos que consisten de cortos deslizantes ubicados en el mismo punto a

lo largo de la gua. No existe equivalente en una lnea de transmisin de dos

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conductores por razones geomtricas. Un sintonizador E-H puede siempre acoplar

cualquier impedancia de carga.

5. STUBS en corto o abiertos?Si es posible elegir usar stubs de corto circuito o de circuito abierto a voluntad,siempre se puede mantener la longitud total del stub en el rango entre 0.0 y 0.25

longitudes de onda. Una longitud de media longitud de onda equivale a un

desplazamiento de media carta de Smith y transforma un corto circuito en circuitoabierto, y viceversa. En microondas es usualmente ms fcil implementar stubs de

circuito abierto, por razones de construccin. En cable coaxial o paralelo un corto

circuito presenta menos radiacin desde los lmites: es muy difcil obtener un

circuito abierto perfecto no radiante debido a que siempre se presentarn efectosde borde en la lnea.

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III.ProcedimientoCalculo de diseo

Calcular el ancho de la lnea de transmisin en tecnologa MICROSTRIP para unaimpedancia de 50 adems de calcular la constante dielctrica efectiva, la

atenuacin debido a las prdidas producidas por el dielctrico y a las perdidas

producidos por el conductor.

?eE 2.4rE

?c GHzf 6.1

?d 008.0tan

?

w mmd 5.1

rr

r

EB

E

EBB

d

w 61.039.01ln

1

112ln1

2

Primero:

rEZB

02

377

2.4502

377

B

0976.2502377

B

646.5B Ahora:

rr

rr

EB

E

EEZA

61.039.01ln

1

1

2

1

60

0

rEA

61.0926.1

2.5

2.3

2

12.4

60

50

4.4

61.0

926.12.5

2.3

2

2.5

60

50

A

494.2A Entonces:

rE

B 61.039.01ln

2.4.2

2.31)646.5(2ln1646.5

2

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91.1d

W

mmw 63.191.1

mmw 11.3 Hallamos:

wd

EEE rre

121

1

2

1

2

1

11.363.1121

1

2

2.3

2

2.5

eE

47.2eE

00

90 K ;c

fK

2

0

Hallamos: 1

8

9

0 27.28103

1056.12

mK

Hallamos:

m035.0

27.2847.2

18090

Hallamos:

12.447.22008.0147.22.427.28

d lo cual resulta: m

Npd 137.0

Por ultimo hallamos:

wZ

Rsc

0

9108.5 cv

fw 2 91056.12 w

6

0 1024.1

Z

wRs

0

969

108.521024.11056.12

sR

00095.0sR

11.35000095.0

c

35 101027.1 c

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006.0c

1.

Simulacin

Para la simulacin de Adaptacin de impedancias mediante STUBS, tomamoscomo medida general 1.5mm del grosor del sustrato, la frecuencia que se uso fue

1.2GHz, una constante Dielectric Loss Tangent igual a 0.008, un grosor del Cu de

50 um para ambas caras y un Angulo de 90.

Los pasos a seguir son los siguientes:

Stub simple de circuito abierto:

Primera Solucin:

d1 1

29.16 141.48

Figura 1. Stub simple de circuito abierto para la primera solucin

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PPrriimmeerraassoolluucciinnddeellssttuubbssiimmpplleerreeaalliizzaaddooeenneellSSMMIITTHHTTOOOOLLSS

Figura 3. Diseo en el Layout Editor para la primera solucin

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2.2.1.2.-Segunda Solucin:d2 2

29.16 38.52

Figura 4. Stub simple de circuito abierto para la segunda solucin

SSeegguunnddaassoolluucciinnddeellssttuubbssiimmpplleerreeaalliizzaaddooeenneellSSMMIITTHHTTOOOOLLSS

Figura 6. Diseo en el Layout Editor para la segunda solucin

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Stub doble paralelo balanceado de circuito abierto:

Primera solucin:

A1 B1164.16 170.28

Ahora en el caso de un STUB DOBLE se debe de ubicar los componentes, una

lnea de transmisin normal MSTRLE para la distancia hacia la carga y dos

lneas de circuito abierto MSOSTE ubicada en la carpeta OPEN ENDED LINEpara las longitudes de los 2 STUBS, para conectar las lneas de transmisin

anteriores necesitamos 2 lneas de transmisin MSTEEC ubicadas en la carpeta

GENERAL COMPONENTS, para el caso de STUB en corto se deber usar la

lnea MSSST ubicada en SHORTED LINES.

La distancia entre stubs es de /8 osea 45 que en el Ansoft es de 15.2403mm

Figura 7. Stub doble paralelo balanceado de circuito abierto para la primera solucin

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PPrriimmeerraassoolluucciinnddeellssttuubbddoobblleeppaarraalleelloobbaallaanncceeaaddoorreeaalliizzaaddooeenneellSSMMIITTHHTTOOOOLLSS

Figura 9. Diseo en el Layout Editor para la primera solucin

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2.2.2.2.-Segunda solucin:

A2 B2

34.56 48.96

La distancia entre stubs es de /8 osea 45 que en el Ansoft es de 15.2403mm

Figura 10. Stub doble paralelo balanceado de circuito abierto para la segunda solucin

SSeegguunnddaassoolluucciinnddeellssttuubbddoobblleeppaarraalleelloobbaallaanncceeaaddoorreeaalliizzaaddooeenneellSSMMIITTHHTTOOOOLLSS

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Figura 12. Diseo en el Layout Editor para la segunda solucin

Para el caso de un circuito con STUB doble balanceado de circuito abiertocortocircuito usaremos los mismos componentes del paso anterior con la

diferencia que se usaran 2 mas, igualmente, que en los casos anteriores se

deber de usar la lnea MSSST para representar la lnea en cortocircuito.

Al simular los circuitos anteriormente vistos, segn los requerimientos del

laboratorio, solo analizaremos el STUB SIMPLE, y el STUB DOBLE

balanceado, el primer y el ltimo circuito vistos.

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IV.Resultados STUB SIMPLE, los resultados para el stub simple fueron:

Se muestra la placa impresa en la fibra de vidrio;

La frecuencia de corte es de 1595MHz

1.595 Ghz

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STUB DOBLE, los resultados para el stub doble fueron:

1.608 Ghz

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V. CONCLUSIONES Para el diseo de staubs es necesario utilizar el diagrama de smith Nuestro diseo de stubs en paralelo son de circuito abierto por que son ms fciles

de implementar que los de corto circuito.

Dado que en la experimentacin, no solamente influencio la placa de los STUBS,sino que tambien tuvo influencia el dipolo esto aumenta la tasa de error, ya que no

solamente se mide el error de la placa sino que se suma de por si el error del dipolo.

Los resultados fueron favorables ya que los valores obtenidos si bien no fueronexactos, estuvieron dentro de lo que se considera aceptabla para este tipo de

laboratorios.

Tipo de STUB Fabricado a: Obteniendo:

SIMPLE 1.6 GHz 1.595 Ghz

DOBLE 1.6 GHz 1.608 Ghz

OBESERVACIONES

Para el diseo de los dipolos, despus de tener nuestro dipolo con las medidascalculadas se fueron cortando de a poco para llegar a nuestra frecuencia.

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