Una camiseta mágica (o una T mágica o una camiseta híbrida ) es un acoplador híbrido o de 3 dB que se utiliza en sistemas de microondas . Es una alternativa al acoplador de carrera de ratas . En contraste con la carrera de ratas, la estructura tridimensional de la camiseta mágica hace que sea menos fácil de construir en tecnologías planas como microstrip o stripline .
La magia proviene de la forma en que evita que las señales se propaguen entre ciertos puertos en condiciones específicas. Esto permite utilizarlo como duplexor ; por ejemplo, se puede utilizar para aislar el transmisor y el receptor en un sistema de radar mientras se comparte la antena. En ejemplos prácticos, se utiliza tanto para aislar circuitos como para mezclar señales, por ejemplo, en un radar COHO .
La camiseta mágica se desarrolló originalmente en la Segunda Guerra Mundial y fue publicada por primera vez por WA Tyrell de Bell Labs en un artículo IRE de 1947. [1] Robert L. Kyhl y Bob Dicke crearon de forma independiente camisetas mágicas casi al mismo tiempo.
Estructura
La camiseta mágica es una combinación de camisetas planas E y H. El brazo 3 forma una T de plano H con los brazos 1 y 2. El brazo 4 forma una T de plano E con los brazos 1 y 2. Los brazos 1 y 2 a veces se denominan brazos laterales o colineales . El puerto 3 se denomina puerto de plano H y también se denomina puerto Σ , puerto de suma o puerto P (para "paralelo"). El puerto 4 es el puerto del plano E y también se denomina puerto Δ , puerto diferencial o puerto S (para "serie"). No existe una única convención establecida sobre la numeración de los puertos.
Para funcionar correctamente, la camiseta mágica debe incorporar una estructura interna a juego. Esta estructura consiste típicamente en un poste dentro de la T del plano H y un iris inductivo dentro de la rama del plano E, aunque se han propuesto muchas estructuras alternativas. La dependencia de la estructura correspondiente significa que la camiseta mágica solo funcionará en una banda de frecuencia limitada.
Operación
El nombre de camiseta mágica se deriva de la forma en que se divide el poder entre los distintos puertos. Una señal inyectada en el puerto del plano H se dividirá en partes iguales entre los puertos 1 y 2, y estará en fase. Una señal inyectada en el puerto E-plane también se dividirá en partes iguales entre los puertos 1 y 2, pero estará desfasada 180 grados. Si las señales se introducen a través de los puertos 1 y 2, se suman en el puerto del plano H y se restan en el puerto del plano E. [2] Por lo tanto, con los puertos numerados como se muestra, y dentro de un factor de fase, la matriz de dispersión completa para una camiseta mágica ideal es
(los signos de los elementos de la cuarta fila y cuarta columna de esta matriz pueden invertirse, dependiendo de la polaridad asumida para el puerto 4).
magia
Si, por medio de una estructura interna adecuada, los puertos del plano E (diferencia) y del plano H (suma) coinciden simultáneamente, entonces por simetría , reciprocidad y conservación de energía se puede demostrar que los dos puertos colineales también coinciden. , y están "mágicamente" aislados unos de otros.
El campo E del modo dominante en cada puerto es perpendicular a la pared ancha de la guía de ondas . Por lo tanto, las señales en los puertos del plano E y del plano H tienen polarizaciones ortogonales y, por lo tanto, (considerando la simetría de la estructura) no puede haber comunicación entre estos dos puertos.
Para una señal que ingresa al puerto del plano H, una estructura de adaptación bien diseñada evitará que la potencia de la señal se refleje fuera del mismo puerto. Como no puede haber comunicación con el puerto del plano E, y nuevamente considerando la simetría de la estructura, entonces la potencia en esta señal debe dividirse equitativamente entre los dos puertos colineales.
De manera similar, para el puerto del plano E, si la estructura correspondiente elimina cualquier reflejo de este puerto, entonces la energía que ingresa debe dividirse en partes iguales entre los dos puertos colineales.
Ahora, por reciprocidad, el acoplamiento entre cualquier par de puertos es el mismo en cualquier dirección (la matriz de dispersión es simétrica ). Entonces, si el puerto del plano H coincide, la mitad de la energía que ingresa a cualquiera de los puertos colineales saldrá por el puerto del plano H. Si el puerto del plano E también coincide, la mitad de la potencia saldrá por el puerto del plano E. En esta circunstancia, no queda energía 'sobrante' para ser reflejada fuera del primer puerto colineal o para ser transmitida al otro puerto colineal. A pesar de estar aparentemente en comunicación directa entre sí, los dos puertos colineales están aislados "mágicamente".
El aislamiento entre los puertos del plano E y del plano H es de banda ancha y es tan perfecto como lo es la simetría del dispositivo. Sin embargo, el aislamiento entre los puertos colineales está limitado por el rendimiento de la estructura coincidente.
Referencias
- ^ Tyrrell, WA (1947). "Circuitos híbridos para microondas". Actas de la IRE . Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). 35 (11): 1294-1306. doi : 10.1109 / jrproc.1947.233572 . ISSN 0096-8390 .
- ^ Sisodia, ML; Raghuvanshi, GS (1987). Técnicas básicas de microondas y manual de laboratorio . New Age International. ISBN 978-0-85226-858-2.