Comprender el acoplamiento de impedancia con la carta de Smith

¿Qué es el acoplamiento de impedancia?

En ingeniería de RF, la máxima transferencia de potencia desde un transmisor a una antena ocurre cuando la impedancia de la fuente coincide con la de la carga (típicamente 50 ohmios). Cuando hay un desajuste, la potencia se refleja, lo que resulta en una ROE elevada y posibles daños en el transmisor.

Puedes usar la Calculadora de redes de acoplamiento para calcular los componentes.

Introducción a la carta de Smith

Inventada por Phillip H. Smith en 1939, la carta de Smith es una herramienta gráfica que muestra los coeficientes de reflexión complejos y las impedancias en una cuadrícula circular.

• Eje horizontal: Representa la resistencia pura (R). El centro de la carta representa la impedancia normalizada del sistema (usualmente 1.0, correspondiente a 50 ohmios).
• Círculos concéntricos: Representan círculos de resistencia constante.
• Arcos intersecantes: Representan curvas de reactancia (X) constante (reactancia inductiva en la mitad superior, reactancia capacitiva en la mitad inferior).

Visualiza esto de forma interactiva con nuestra Herramienta interactiva de la carta de Smith.

Cómo graficar un punto

Antes de graficar, debes normalizar tu impedancia dividiéndola por la impedancia del sistema (Z0 = 50 Ω):

z = Z / Z0 = (R + jX) / 50

Por ejemplo, si la impedancia de tu antena es Z = 25 + j50 Ω:

1. Normaliza: z = 0.5 + j1.0.
2. Busca el círculo de resistencia constante de 0.5.
3. Busca el arco de reactancia inductiva constante de +1.0 en la mitad superior.
4. La intersección de estas dos curvas es tu punto de impedancia graficado.

Diseño de redes en L

Para acoplar una carga a 50 ohmios, podemos mover el punto graficado al centro de la carta (1.0 + j0) agregando inductores y capacitores en serie o en paralelo:

1. Agregar inductor en serie: Mueve el punto en sentido horario a lo largo de un círculo de resistencia constante.
2. Agregar capacitor en serie: Mueve el punto en sentido antihorario a lo largo de un círculo de resistencia constante.
3. Agregar inductor en paralelo: Mueve el punto en sentido antihorario a lo largo de un círculo de conductancia constante.
4. Agregar capacitor en paralelo: Mueve el punto en sentido horario a lo largo de un círculo de conductancia constante.

Combinando dos elementos, puedes transformar casi cualquier impedancia de carga de vuelta al centro de acoplamiento perfecto de 1.0.