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Tipo: Apuntes
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DISE ˜NO E IMPLEMENTACI ´ON DE UN FILTRO
PASA BANDA EN BANDA S
Esta p ´agina fu ´e dejada intencionalmente en blanco.
Esta p ´agina fu ´e dejada intencionalmente en blanco.
Le dedico este trabajo a Dios, qui ´en siempre desde la fe me ha guiado para seguir adelante.
Tambi ´en se lo quiero dedicar a mi familia; mi mam ´a Claudia, mi pap ´a Daniel y mis hermanos Estefania y Rodrigo quienes me apoyaron desde el primer momento y no dejaron de confiar en m´ı. A mis compa ˜neros de trabajo/oficina que me han dado su apoyo incondicional desde siempre.
Sin m ´as que agregar, solo GRACIAS.
Cristian.
Quiero dedicar ´esta tesis a mis padres Jos ´e y Susana porque ellos han dado raz ´on a mi vida, por sus consejos, su apoyo incondicional y su paciencia, todo lo que hoy soy es gracias a ellos. A mi hermano Federico y su esposa que son verdaderos amigos que la vida me di ´o, apoy ´andome e incentiv ´andome en cada decisi ´on tomada. A toda mi familia y amigos por el apoyo que siempre me brindaron d´ıa a d´ıa en el transcurso de cada a ˜no de mi carrera.
Gonzalo.
III
´Indice de figuras VII
´Indice de figuras P ´agina IX
6.21.TouchStone. Respuesta en frecuencia para un ripple de 0.1................ 66 6.22.TouchStone. Ancho de banda................................. 67 6.23.EM Vs. TouchStone. Comparaci ´on.............................. 68 6.24.EM Vs. TouchStone. Comparaci ´on.............................. 69 6.25.Comparaci ´on TouchStone para ambos ripples....................... 70
Febrero 2017 IX
Esta p ´agina fu ´e dejada intencionalmente en blanco.
El constante crecimiento de las comunicaciones inal ´ambricas, a causa de las comunicaciones de voz, video y el masivo consumo de datos est ´a causando un aumento de la demanda de cantidad de canales y el ancho de banda, esto impulsa a los sistemas transceptores de comunicaci ´on hacia las frecuencias de microondas y de ondas milim ´etricas con el fin de satisfacer la demanda de grandes velocidades de transmisi ´on para banda ancha.[1]
El electromagnetismo es la base de todos los desarrollos de circuitos de microondas, que llev ´o a que sea posible lograr grandes avances en este campo. La tecnolog´ıa inal ´ambrica, creci ´o de manera inmensurable estos ´ultimos a ˜nos, con las nuevas aplicaciones que se reportan d´ıa a d´ıa en las actividades cotidianas de comunicaci ´on, como lo son los sistemas de comunicaci ´on personal, la radio y la televisi ´on, aplicaciones de RF y microondas que se aplican en el dise ˜no de nuevos m ´oviles celulares, entre otras.
El t ´ermino “microondas” hace referencia a las se ˜nales electromagn ´eticas cuyas frecuencias se encuentran en el rango de 1GHz hasta 30GHz y el t ´ermino “ondas milim ´etricas” a las que se ubican entre 30GHz y los 100GHz. Cuando se refiere a se ˜nales de alta frecuencia, se hace menci ´on a las ondas con frecuencias mayores de 1GHz.[2] Las se ˜nales de microondas presentan las siguientes caracter´ısticas y ventajas respecto de las ondas de baja frecuencia:
A mayor frecuencia es posible obtener mayores anchos de banda y por ende mayor calidad en la informaci ´on.
Para una antena de dimensiones fijas, a mayor frecuencia su longitud el ´ectrica crece, por ende lo hace su ganancia.
Las se ˜nales en alta frecuencia viajan en l´ınea recta y no se reflejan en la ion ´osfera (enlaces satelitales).
Debido a la longitud de onda peque ˜na, surgen aplicaciones particulares.
CAP´ITULO 1. INTRODUCCI ´ON P ´agina 3
Figura 1.2: Servicios Tipicos
No todas las ondas electromagn ´eticas tienen el mismo comportamiento en el medio de propagaci ´on, la misma procedencia o la misma forma de interacci ´on con la materia. Es por eso que el espectro radioel ´ectrico se divide convencionalmente en segmentos o bandas de frecuencias.
La banda S, es un rango frecuencial que va desde 2 GHz hasta 4 GHz, cruzando el l´ımite entre UHF y SHF. La letra S hace referencia al nombre que reciben las ondas que utilizan dicha frecuencia “Short Wave”. Se menciona s ´olo esta banda debido a que el proyecto utilizar ´a una frecuencia central de 2,2GHz, perteneciente a dicha banda.
El proceso de filtrado se realiza para adecuar la se ˜nal recibida de mejor forma y limpiarla para as´ı poderla ver f ´acilmente. En este sentido, los filtros, ayudan a eliminar aquellas componentes de frecuencias indeseadas. Existen diferentes tipos de filtro, seg ´un sea el requerimiento. En este desarrollo se utilizar ´a un filtro pasa banda, tal que permita el paso de una determinada banda de frecuencias, la cual es la frecuencia central del transmisor.
El objetivo principal, es realizar un estudio de factibilidad de implementar un filtro de microondas para un transmisor satelital utilizando tecnolog´ıa de microtiras. Estudiar los l´ımites te ´oricos que existen en dise ˜nar un filtro pasa-bandas de ancho de banda angosta en la tecnolog´ıa elegida. Validar dichas ecuaciones te ´oricas mediante el dise ˜no, fabricaci ´on y medici ´on de un filtro que logre una buena relaci ´on de compromiso entre p ´erdidas de inserci ´on, ancho de banda y atenuaci ´on en la banda de rechazo.
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CAP´ITULO 1. INTRODUCCI ´ON P ´agina 4
Proponemos como objetivos espec´ıficos los siguientes:
Lograr un dise ˜no de filtro con un ancho de banda cercano a 220MHz.
Lograr las p ´erdidas por inserci ´on menor posibles (entre -1 y -2 dB).
Lograr un filtro de tama ˜no reducido, liviano y econ ´omico.
Como consecuencia del an ´alisis de los requerimientos y objetivos, la tecnolog´ıa que se utilizar ´a es “microstrip” (micro tiras). Se decidi ´o utilizar esta tecnolog´´ ıa y no otra, debido a que tiene una excelente respuesta frente a altas frecuencias y sus dise ˜nos f´ısicos son considerablemente peque ˜nos.
A fin de alcanzar los objetivos propuestos, se dispuso a dividir en etapas el estudio y desarrollo de este trabajo. En primer lugar, se proceder ´a a desarrollar un marco te ´orico, donde se estudiar ´an las diferentes configuraciones de filtros y los tipos que existen. Seguidamente se determinar ´a el tipo de dise ˜no y el porqu ´e del mismo. En base a esto, se realizar ´an los dise ˜nos simulados de varios filtros que cumplan con los objetivos previstos y se determinar ´a cual es el mejor prototipo. Finalmente, una vez se tenga optimizado y ajustado el dise ˜no final del filtro, se llevar ´a a cabo la fabricaci ´on del prototipo. Con el filtro f´ısico una vez terminado, se realizar ´an las mediciones del filtro real, se comparar ´an con las te ´oricas calculadas y se elaborar ´a la conclusi ´on correspondiente.
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CAP´ITULO 2. CONCEPTOS P ´agina 6
Tanto los m ´etodos de par ´ametros im ´agen y p ´erdida de inserci ´on para dise ˜no de filtros utilizan elementos concentrados (capacitores e inductores). Para aplicaciones de microondas, tales dise ˜nos por lo general deben ser modificados para emplear elementos distribuidos que constan de secciones de l´ınea de transmisi ´on. La transformaci ´on de “Richards” y las identidades “Kuroda” proporcionan este paso.
Existen muchas variedades de filtros, tanto en el dominio anal ´ogico como en el digital, los cuales permiten modificar el espectro de la se ˜nal.[4] Un filtro ideal es una red de dos puertos de dos terminales cada uno (cuadr´ıpolo), capaz de atenuar determinadas frecuencias del espectro de la se ˜nal de entrada y permitir el paso de las dem ´as. Se denomina espectro de una se ˜nal a su descomposici ´on en una escala de amplitudes respecto de la frecuencia, y se hace por medio de series de Fourier o con un analizador de redes.
I) Pasivos: cuadr´ıpolos que act ´uan como filtros pasivos compuestos por elementos no disipativos (inductores, resistencias y capacitores).
II) Activos: en este caso se utilizan componentes activos, como amplificadores operacionales.
2.2.2.1. Filtro Pasa Bajo
Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 o continua hasta una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia.
Figura 2.1: Filtro Pasa Bajo
2.2.2.2. Filtro Pasa Alto
Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada hacia arriba, sin que exista un l´ımite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.
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CAP´ITULO 2. CONCEPTOS P ´agina 7
Figura 2.2: Filtro Pasa Alto
2.2.2.3. Filtro Pasa Banda
Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.
Figura 2.3: Filtro Pasa Banda
2.2.2.4. Filtro Rechaza Banda
Es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.
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