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Aug 18, 2023

RF desmitificada

Anton Patyuchenko, ingeniero de aplicaciones de campo Respuesta: Este artículo presenta una

Anton Patyuchenko, ingeniero de aplicaciones de campo

Respuesta: Este artículo presenta una breve discusión para los ingenieros que no son de RF sobre la terminología asociada con una de las propiedades clave inherentes a los diseños de RF: los reflejos de onda. La diferencia clave entre los circuitos ordinarios que funcionan a bajas frecuencias y los circuitos diseñados para frecuencias RF es su tamaño eléctrico. Los diseños de RF pueden tener muchas longitudes de onda en tamaño, lo que lleva a la variación de voltajes y corrientes en magnitud y fase sobre las dimensiones físicas de sus elementos. Esto le da a los circuitos de RF una serie de propiedades fundamentales1 que subyacen a los principios básicos utilizados para su diseño y análisis.Conceptos básicos y terminología

Considere una línea de transmisión, por ejemplo, un cable coaxial o una microbanda, terminada en una carga arbitraria y defina las cantidades de onda a y b como se muestra en la figura 1.

Estas cantidades de onda son amplitudes complejas de las ondas de voltaje incidentes y reflejadas desde esta carga. Podemos usar estas cantidades ahora para definir el coeficiente de reflexión de voltaje, Γ, que describe la relación entre la amplitud compleja de la onda reflejada y la de la onda incidente:

El coeficiente de reflexión también se puede expresar utilizando la impedancia característica de la línea de transmisión Z0 y la impedancia de entrada compleja de la carga ZL como:

La ingeniería de RF generalmente se basa en Z0 = 50 Ω, que es un compromiso entre la atenuación de la señal y la capacidad de manejo de potencia que se puede lograr con líneas de transmisión coaxiales. Sin embargo, en algunas aplicaciones, por ejemplo, en sistemas de radiodifusión donde las señales de RF deben transmitirse a distancias más largas, Z0 = 75 Ω es una opción más común que permite menores pérdidas en el cable.

Independientemente de cuál sea ese valor de la impedancia característica, si la impedancia de carga es la misma (ZL = Z0), se dice que esta carga está adaptada a la línea de transmisión. Cabe señalar que esta condición solo es válida cuando la fuente de la señal coincide con la línea de transmisión, como se muestra en la Figura 1, que asumimos en este artículo. En este caso, no tendremos ondas reflejadas (Γ = 0) y la carga recibirá la máxima potencia de la fuente de señal, mientras que en el caso de reflexión total (|Γ| = 1), no se entregará potencia a la fuente. cargar en absoluto.

Si la carga no coincide (ZL ≠ Z0), no recibirá toda la potencia incidente. La correspondiente "pérdida" de potencia se conoce como pérdida de retorno (RL), que se puede relacionar con la magnitud del coeficiente de reflexión mediante la siguiente ecuación:

La pérdida de retorno describe una relación entre la potencia incidente en la carga y la potencia reflejada de vuelta. La pérdida de retorno siempre es una cantidad no negativa que indica qué tan bien se adapta la carga a la impedancia de la red "vista" en la carga hacia la fuente.

Si la carga no coincide, la presencia de la onda reflejada genera ondas estacionarias, lo que da como resultado una magnitud de voltaje no constante que cambia con la posición a lo largo de la línea. La medida utilizada para cuantificar este desajuste de impedancia de la línea se denomina relación de onda estacionaria (SWR) y se define como:

Dado que la SWR se interpreta a menudo en términos de voltajes máximos y mínimos, esta cantidad también se conoce como relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR). SWR es un número real que puede tomar valores en el rango de 1 a infinito, donde SWR = 1 implica una carga adaptada.

Conclusión

Los circuitos de RF tienen una serie de propiedades fundamentales que los distinguen de los circuitos ordinarios. El diseño y análisis de circuitos de microondas requiere el uso de conceptos extendidos para resolver los problemas de interés práctico. Este artículo introdujo y analizó algunos de los conceptos clave y la terminología relacionada con una de las principales propiedades de los sistemas de RF: los reflejos de onda.

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Referencias 1 MS Gupta. "¿Qué es RF?" Revista de microondas IEEE, vol. 2, No. 4, diciembre de 2001. Hiebel, Michael. Fundamentos del Análisis de Redes Vectoriales. Rohde & Schwarz, 2007. Pozar, David M. Ingeniería de microondas, 4ª edición. Wiley, 2011.

Sobre el Autor: Anton Patyuchenko recibió su Maestría en Ciencias en ingeniería de microondas de la Universidad Técnica de Munich en 2007. Después de su graduación, Anton trabajó como científico en el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Se unió a Analog Devices como ingeniero de aplicaciones de campo en 2015 y actualmente brinda soporte de aplicaciones de campo a clientes estratégicos y clave de © Analog Devices que se especializan en aplicaciones de RF. Se le puede contactar en [email protected].