Integrantes: Andrés Rodríguez C.I 21.129.101 Leonardo Gómez C.I 18.655.568

Ricardo Mazzei C.I 19.350.639

William Colina C.I 21.297.675

Materia: Microondas. Prof.: Erick Hernández

Cabudare, Marzo de 2011

Atenuador Variable

con simulación en

Microwave

Introducción:

Los atenuadores variables son elementos pasivos que se usan para controlar las potencias de transmisión, estos dispositivos son de gran uso en las microondas ya que conforman una parte de la familia de los elementos secundarios de las mismas, tienen muchos usos debido a que están construidos por diodos PIN, estos diodos tienen propiedades características que permiten una gran amplificación de corriente así como también una alta impedancia, dependiendo de la construcción que los fabricantes le den, pueden trabajar de una y muchas maneras mas y debido a que los diodos se utilizan para frecuencias elevadas que exceden los 1 ghz, al disipar la potencia estos diodos hacen que la temperatura en su unión aumente. La temperatura en su unión depende de la cantidad de potencia disipada, de la temperatura ambiente y de la impedancia térmica, entre las temperaturas de la unión y ambiente del diodo Se habla de que estos atenuadores y demás elementos de microondas, tienen una serie de circuitos equivalentes, como su misma definición dice: “Son elementos pasivos”, la razón de esto es que están conformados por (resistencias, condensadores y bobinas)

Atenuadores Variables:

Los atenuadores variables son usados para controlar la potencia de transmisión y tiene aplicación en dispositivos moduladores controlados electrónicamente, sistemas radar y circuitos controladores automáticos de ganancia. Estos permiten una menor potencia, menor frecuencia de adaptación y menor distorsión de la señal de radiofrecuencia. Los atenuadores variables implementados con diodos Pin necesitan una red de polarización más sencilla y fácil de controlar. En este caso se comportan como una resistencia variable en función de la corriente de polarización más sencilla y fácil de controlar. En este caso se comportan como una resistencia variable en función de la corriente de polarización que atraviesa, tomando valores desde casi un cortocircuito hasta los 10 K ohm aproximadamente, aunque esta relación no es lineal. A La hora de seleccionar el diodo PIN para una aplicación como atenuador se debe considerar el rango de la resistencia del diodo, que decide directamente el rango dinámico del atenuador. El rango de frecuencia de trabajo de estos atenuadores es de 200 Mhz hasta los 40 Ghz, estando presentes en configuraciones que permiten el uso de sistemas de construcción optimas

El comportamiento del diodo PIN en polarización directa es el de una

resistencia muy baja presentándose incluso como un cortocircuito, o como un

interruptor cerrado. En esta situación la caída de tensión en la región intrínseca es

muy pequeña y además cuando aumenta la corriente disminuye la resistencia, por

tanto se puede considerar que el diodo PIN es un dispositivo con su resistencia

modulada. El circuito equivalente del diodo PIN polarizado en directa es:

Sin embargo el comportamiento de un diodo PIN en polarización inversa

presenta una impedancia muy alta equiparándose a un circuito abierto o a un

interruptor abierto. Por tanto su circuito eléctrico equivalente es el mostrado en la

siguiente figura:

Sus tensiones de ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 Voltios. Además los diodos PIN presentan una longitud de la región de transición aproximadamente igual a la región intrínseca y aproximadamente independiente de la tensión inversa. Otro dato importante es el hecho de que el valor de la resistencia del diodo PIN es determinada sólo por la corriente en polarización directa

Tipos de Atenuadores:

Hay una variedad de atenuadores dependiendo de su topología. Los mas importantes son los que se muestran a continuación y se le dará una breve mención de los mismos: Atenuadores reflexivos: Utiliza configuraciones simples de conmutadores con diodos PIN en serie o paralelo. Permiten controlar la resistencia característica del diodo PIN mediante la corriente que circula por ellos. Atenuadores adaptados: Mantiene constante la impedancia de entrada a través de un rango de atenuación. Su diseño puede constar de múltiples diodos PIN alimentados a distinta tensión para obtener distinta resistencia como circuitos de ancho de banda limitado utilizando elementos sintonizados

Atenuadores híbridos en cuadratura: Trabajarán en un rango de frecuencias de 10 Mhz a 2 Ghz debido a las características de los híbridos. Los diodos PIN se pueden conectar en paralelo o bien en serie. Su topología es similar en ambos casos cambiando únicamente la colocación de los diodos PIN. Atenuador por agrupación de diodos: Su diseño es similar a los atenuadores reflexivos montados en paralelo pero añadiendo terminaciones a los diodos Atenuadores de cuarto de longitud de onda: Es un atenuador adaptado a la entrada. Esta adaptación se consigue cuando ambos diodos están cargados con la misma resistencia Atenuadores por conmutación de bit: Se utilizan para aplicaciones que requieren de un tiempo de conmutación elevado y una capacidad alta de manejar mucha potencia. En su configuración constan uno o más pares de interruptores SP2T. En este diseño los diodos PIN no se usan como resistores variables, si no como conmutadores entre los estados de alimentación directa e inversa Atenuadores en T puenteados y en π

Estos circuitos están formados por elementos que funcionan a la frecuencia

de las microondas de manera análoga a como lo hacen en continua. Para

conseguir la variación de la atenuación es necesario cambios simultáneos de la

corriente de alimentación en el diodo serie y en el paralelo, asegurándose una

impedancia constante a cualquier nivel. Su frecuencia de funcionamiento varía

desde los 200MHz hasta los 18 GHz. Estos atenuadores proporcionan un rango

dinámico muy bueno y un tiempo de conmutación moderado. Las topologías de

estos atenuadores son:

Cuya atenuación en el diseño en T puenteada es:

Siendo:

Y la atenuación debida al diseño en π:

Siendo el valor de las resistencias:

El diseño a simular va a ser un atenuador en π de cuatro diodos como el que muestra

la siguiente figura:

Este atenuador tiene como ventaja principal su simetría que permite una red más

simple de alimentación y una reducción de la distorsión debido a la cancelación de las

señales armónicas en la configuración “espalda contra espalda” de los diodos serie.

La simulación en MMICAD es:

Simulación del Atenuador en MICROWAVE:

En esta simulación observamos en una la ganancia máxima del circuito

frente a la variación del valor de la resistencia de unión de los diodos PIN, y en la

otra la variación de la ganancia máxima del circuito y los parámetros de

impedancia, en relación a la frecuencia.

Como se puede observar, para valores de resistencia de unión del diodo

PIN pequeños la ganancia es elevada, pero a medida que el valor de la resistencia

aumenta, la ganancia disminuye, de igual manera , al aumentar el valor de los

parámetros de impedancia con respecto a la frecuencia, la ganancia máxima

disminuye e igual de forma contraria.

La resistencia del diodo y la atenuación son inversamente proporcionales a

la tensión aplicada. Por tanto si representamos conjuntamente la ganancia

máxima disponible y el parámetro S21 en función de la resistencia del diodo

tenemos:

Esta topología de atenuador en π de cuatro diodos es muy utilizada, como

por ejemplo, en el siguiente diseño del atenuador propuesto por Hewlett-Packard:

El objetivo de este diseño es conseguir que un atenuador en π de cuatro

diodos se comporte como un atenuador resistivo en π. La variación de la

atenuación se consigue variando la corriente de polarización de los diodos

En este caso, la simulación en MMICAD obtenida es:

Donde se representa que la ganancia es, en un principio, elevada y

conforme aumenta la resistencia de unión del diodo PIN la ganancia disminuye,

como ocurre en el caso anterior Se puede ver que la ganancia del circuito de

Hewlett- Packard es ligeramente inferior con respecto al atenuador en π de cuatro

diodos.

Conclusión:

Estos tipos de atenuadores son de suma importancia en el área de microondas, lo que nos lleva a una pregunta. ¿Cual es la ventaja del atenuador variable? Este atenuador posee una simetría que permite una red más simple de alimentación y una reducción de la distorsión debido a la cancelación de las señales armónicas en esta configuración que se le denomina “espalda contra espalda” de los diodos Serie