MAYO DE 2012 1

Diseño de un Balun.Luz Penagos C.I.: 17800974, Aarón Rodríguez C.I.: 19744587, David Rangel C.I. 21653185, Wilder Jimenez C.I.

20180922

Abstract—La regla primordial de la compatibilidad electro-magnética nos dice que los sistemas complejos de comunicacionesse deben hacer uniendo componentes de la misma familia(balanceado o desbalanceado), con el fin de evitar radiacionesparásitas en alta frecuencias. Sin embargo, esto no es siemprerealizable, por esto es necesario la implantación de un dispositivoque se encargue de adaptar ambos sistemas.

Index Terms—Balun, Balance, Desbalance, Relación de trans-formación.

I. INTRODUCCIÓN

ESTA práctica se basa en el diseño y construcción deun balun de λ/2, y además medir su impedancia de

entrada, con una carga en la salida balanceada equivalente auna resistencia de 300Ω con 5% de tolerancia.

Figure 1. Esquema de un balun de λ/2

II. SIMULACIÓN

Como estudio previo de esta práctica se realizó una sim-ulación en el programa ORCAD, con el fin de observar lagráfica de la impedancia de entrada asimétrica en función dela frecuencia, especificamente a un valor de 198MHz.

En la siguiente gráfica se muestra el montaje realizado parala respectiva simulación:

Figure 2. Esquema para la simulación en ORCAD

Con un barrido desde180MHz hasta 210MHz y colocando algenerador con un voltaje de amplitud de 2V y a una frecuenciade 198MHz se obtuvo la siguiente gráfica de la impedanciade entrada del balun

Figure 3. Gráfica de la impedancia de entrada en función de la frecuencia

Ubicando el cursor en el valor mas próximo de 198Mhzpodemos observar el resultado de la impendacia de entradadesbalanceada que es 71.293Ω, el cual es un valor muycercano a los 75Ω que teoricamente es lo que debería valer esaimpedancia, ya que la carga es de 300Ω. Y si la impedanciaconectada en el lado simétrico es ZL(balanceada), entoncesla impedancia de entrada que se refleja en el lado asimétricoserá Zin = ZL/4; de allí que la relación de transformaciónde impedancia (definida como rz = ZL/Zin) sea en este casode cuatro a uno (rz = 4 : 1).

III. METODOLOGÍA

Para la construcción del balun, se necesitó cable coaxialRG-58 con una Vp=66%, un conector BNC y una resistenciade 300Ω con tolerancia del 5% para ser colocada como cargadel balun. Antes de construir el balun se midió el valorde la resistencia con el equipo FLUKE que es un medidorde impedancia con una frecuencia máxima de 1MHz, quefue la que se utilizó para la medición, obteniendo comoresultado los siguientes valores: R = 296.6Ω (parte real)y X = 2.03pF (parte imaginaria) el circuito equivalenteera un RC en paralelo. Como se informó anteriormente setrabajará con una frecuencia de 198MHz. En el esquemade la figura #01 se observa que la parte del balun que vacurveada debe tener una longitud eléctrica de λ/2, dado queλ = V p

f = 0.66?3·108

198·106 = 1m entonces la longitud de nuestrocable con la salida balanceada será de 50cm, y la longituddel cable de la salida desbalanceada igualmente será de 50cm.Al medir y cortar los cables cuidadosamente, se procedió aunir las tierras de los tres extremos, para asegurar su ajuste sesoldó con un cautin y estaño estas uniones. Después de colocarel conector BNC en el extremo desbalanceado, se procedióa soldar la resistencia en los extremos de los conductores

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de la salida balanceada. Para la medición de la impedanciade entrada de la parte asimétrica, se utilizó el analizador deimpedancia HP-43961B y el generador de señales HP-8647Aa una frecuencia de 198MHz y con amplitud de 12dBm, luegode la calibración del analizador se estableció como frecuenciade inicio 108MHz y la frecuencia final en 288MHz, para quela frecuencia central fuese de 198Mhz. Una vez establecidosestos parámetros se observaron los siguientes resultados:

Figure 4. Gráfica de la impedancia de entrada del balun en 198MHz

Como se observa claramente en la gráfica el valor resultantedel módulo de la impedancia es Z = 68.357Ω y su fasemuestra φ = −2.05°, esto a 198MHz, es decir de caractercapacitivo. Luego se ubicó el pico mas alto de la gráfica,que sería el valor máximo de la impedancia y su módulo esZ = 70.144Ω y su fase φ = 5.167° de caracter inductivo,que son los datos extraídos de la siguiente gráfica y cabedestacar que este valor máximo se encuentra a una frecuenciade 193.1MHz.

Figure 5. Gráfica de la impedancia de entrada del balun en 193.1MHz (ValorMáximo)

Con el analizador de impendancia podemos medir otrosparámetros, por ejemplo el coeficiente de reflexión, que resultóser Γ = 0.156 a 198MHz y se puede observar en la gráfica acontinuación

Figure 6. Gráfica del coeficiente de reflexión a 198MHz

Recordando que con el valor del coeficiente de reflexiónpodemos obtener el ROE (Relación de Onda Estacionaria),que es en realidad una relación de valores máximos y mínimosy que debe ser lo mas cercano a uno para asegurar que estáadaptado el sistema.S = 1+Γ

1−Γ = 1+0.1561−0.156 = 1.369 ' 1.4

IV. CONCLUSIONES

Al observar y comparar los resultados obtenidos en lasimulación con el ORCAD y los datos extraídos de la prácticaen sí, podemos notar diferencia de resultados en los valoresde la impedancia de entrada del lado desbalanceado del balun

Origen Frecuencia ValorORCAD 198MHz 71.293Ω

Analizador 198MHz 68.396Ω

Table ICOMPARACIÓN DE VALORES A 198MHZ

Podemos atribuir las diferencias observadas en los resulta-dos a errores quizás en las longitudes exactas de los cablesque forman el balun, además de que la resistencia utilizadacomo carga tenía una tolerancia del 5%, es decir que no erauna resistencia de precisión, además de esto sabemos que elequipo HP-8647A que es el generador de señales activo enel laboratorio con el tiempo y el uso ha perdido sus nivelesinternos de amplificación de potencia de salida, lo cual haceque este equipo no sea capaz de entregar la potencia exactaexigida.

V. BIBLIOGRAFÍA

* Albornoz, R. Trabajo Práctico del Laboratorio de Antenas.