Ferrita_Informe

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

TEORIA ELECTROMAGNETICA II

COMPONENTES BASADO EN FERRITA

DOCENTE:

Ing. Pedro Infante

REALIZADO POR:

María Cristina Tene (251)

Deysi Tixi (244)

Dario Jordan ( )

SEMESTRE

Cuarto ¨A¨

PERIODO ACADÉMICO:

Septiembre 2013 - Marzo 2014

Escuela Superior Politécnica de ChimborazoFacultad de Informática y Electrónica

Escuela de Ingeniería ElectrónicaTeoría Electromagnética II

TEMA: COMPONENTES BASADO EN FERRITA

OBJETIVOS Objetivo Principal

Conocer cuáles son los componentes basados en ferrita.

Objetivos Específicos

Conocer que es la ferrita y su importancia. Determinar en donde se aplican cada uno de estos dispositivos. Saber la desventaja de la ferrita en el campo magnético. Indagar otros componentes basados en ferrita.

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo trata sobre los componentes basados en ferrita para ello es necesario saber que la ferrita es un material cerámico ferrimagnético, de alta permeabilidad magnética, lo cual permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro.

Sin embargo las ferritas de microondas son materiales cerámicos muydensos, de un color que varía desde el gris plata hasta el grisoscuro o negro, que poseen una estructura molecularpolicristalina. Las ferritas son materiales aislantes con fuertespropiedades magnéticas.

Las ferritas tienen la propiedad de comportarse como anisótropo cuando se les aplica un campo magnético estático.

Esta propiedad permite el paso de la radiación electromagnética en un solo sentido gracias a la cual pueden subsanarse problemas derivados de las reflexiones en los sistemas de microondas.

Una desventaja de la ferrita es que el campo magnético debe ser intenso para saturar la ferrita con el objetivo de evitar pérdidas elevadas.

Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, se usa en la fabricación de imanes, en núcleos de inductancias, transformadores, cintas para grabación y como tóner magnético de impresoras láser

La sensibilidad de la ferrita con el campo magnético hace que los dispositivos que la utilizan sufren fuertes aleaciones en sus propiedades cuando son expuestos cambios magnéticos externos.

Para el estudio de este material se ha considerado los componentes basados en ferrita como son los giradores, desfasadores, circuladores y aisladores cada uno con su respectiva clasificación, estos temas se explicaran a continuación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Impresoras_l%C3%A1ser

http://es.wikipedia.org/wiki/Cinta_magn%C3%A9tica



COMPONENTES BASADO EN FERRITA

GIRADORES

Un girador es una red de 2 puertas que produce una diferencia de fase de 180° en la propagación en un sentido y un desfase nulo en el sentido opuesto, en la práctica este desfase se consigue girando el plano de polarización del campo con una ferrita.

Este dispositivo puede realizarse aprovechando la rotación de Faraday producida por una ferrita, siendo el efecto Faraday o rotación de Faraday un fenómeno magneto-óptico, es decir, una interacción entre la luz y un campo magnético en un medio. El efecto Faraday provoca una rotación del plano de polarización que es linealmente proporcional a la componente del campo magnético en la dirección de propagación.

Giradores de Ferrita:

1. Girador con sección tipo twist de 90°.- Para obtener un giro de 180° se utiliza una sección preliminar de guía con una torsión de 900(TWIST) que cambia el plano de polarización del campo desde el eje y al eje x.

Está compuesta por una guía circular que a su vez contiene una barra de ferrita cuyos extremos son afilados para reducir reflexiones, esta se sujeta a la guía a través de un material de permitividad dieléctrica baja.

La ferrita cambia asu vez el sentido de polarización desde el eje x al y por el efecto de rotación de Faraday produciendo un desfase de 180°.

Si la onda se propagase en sentido contrario el cambio de desfase que sufriría el campo seria nulo esto quiere decir giro del plano de polarización del twist y el de la ferrita se suman en un sentido y se cancelan en el sentido opuesto



Fig1. Girador con sección tipo twist de 90°

2. Girador sin sección tipo twist de 90

Son utilizados en sistemas de guía rectangular en los que se puedan insertar componentes en los que le plano E a la entrada coincida con el plano H a su salida.

Fig1. Girador sin sección tipo twist de 90°

DESFASADORES

Un desfasador es un dispositivo que proporciona un desfase variable y controlable en una señal de microondas sin alterar el trayecto físico que recorre la señal.

La variación de la permeabilidad de una ferrita con el campo magnético de polarización permite controlar el retardo de fase a través de un componente que contenga ferrita.

Las aplicaciones más importantes de estos dispositivos se han centrado tradicionalmente en la elaboración de sistemas radiantes reconfigurables, para radioenlaces entre estaciones terrenas, Comunicación vía satélite, RADAR, etc.



Tipos de desfasadores:

1. Desfasador de Reggia-Spencer.- Es un elemento reciproco constituido por una sección de guía rectangular rodeada por un sistema de bobinas que genera un campo magnético longitudinal.

En el centro de la guía se sitúa una barra de ferrita cuyos extremos están terminados en dos bloques de dieléctrico estos bloque mejoran el acoplo y sirven de transición entre la permitividad dieléctrica de la ferrita típicamente entre 10, 15 y el vacío.La posibilidad de variar el campo magnético mediante la variación de corriente en el bobinado permite cambiar la permeabilidad de la ferrita, gracias a o cual se puede regular el defese

Desfasador de Reggia-Spencer

2. Desfasadores de doble tira de ferrita.- la doble tira de ferrita puede ser parte de un núcleo toroidal excitado externamente mediante una bobina, es útil en aplicaciones que se necesitan una elevada estabilidad térmica.

Desfasadores de doble tira de ferrita

3. Desfasador basado en un toroide de ferrita.- En estos desfasadoresla excitación se realiza mediante un filamento de control que entra en la guía. Estos diseños pueden emplearse en varias funciones de desfase tanto análogo como digital.

Desfasador basado en un toroide de ferrita

Estados de magnetización en funciones digitales: El desfase en las funciones digitales se produce a través del ciclo de histéresis de la ferrita, es decir a la ferrita se lleva a su magnetización de saturación Ms, al aplicar la polarización magnética la ferrita presenta una magnetización remanente Mr. El desfase se puede ajustar con la longitud del toroide



La fase se consigue aplicando un pulso a través del filamento el cual lleva a la ferrita al estado M runa vez excitada con el pulso la ferrita se mantiene en su nuevo estado hasta que se produzca un cambio de fase producido por un pulso con polarización inversa.

Curva de histéresis de la magnetización

Los desfasadores pueden ser remanentes (latch) o no remanentes (no-latch): Los desfasadores tipo latch emplean un camino magnético cerrado, demodo que el dispositivo opera al nivel de flujo remanente y no necesitauna corriente de polarización, mientras que a los desfasadores no-latch se les aplica una corriente continua.

4. Desfasadores digitales.- Dispositivos basados en múltiples toroides de longitudes distintas, alineados a lo largo del eje de la guía y cada uno con su filamento de control, se puede obtener distintos valores discretos de desfase, con tanto bits como tenga el componente.No son muy aplicables ya que existen componentes basados en dispositivos semiconductores debido a que son de menor tamaño, rápidos, fáciles de integrar, económicos y menos sensibles a la temperatura.También existen componentes basados en ferrita que se emplean con profusión y tienen ciertas ventajas: no necesitan polarización continua como los semiconductores, poseen mayor nivel de campo y son menos disipativos.

5. Desfasador de modo dual.- Este desfasador dispone de dos secciones de /4ג que transforman los campos linealmente polarizados en los terminales de la guía rectangular del componente a los campos circularmente polarizados en los extremos de la sección circular que tiene la ferrita.

Desfasador de modo dual



CIRCULADORESUn circulador es un dispositivo pasivo de tres o más puertas donde la potencia se transfiere de una puerta a la siguiente en un orden preestablecido.La mayor parte de circuladores de microondas se construyen insertando ferritas polarizadas en una unión de tres líneas de transmisión.

1. Circuladores en línea microstrip y en guía de onda.-En ambos casos la polarización se realiza aplicando un campo magnético DC en la dirección del eje de simetría de la ferrita, la cual tiene forma cilíndrica.En general la condición de adaptación y aislamiento se consigue solo para un valor de frecuencia de trabajo, lo que hace que el circulador opere en una banda estrecha.Los circuladores en banda ancha funcionan en un rango de frecuencias de más de una octava y los aislamientos se encuentran en torno a 20-25dB. Los circuladores de banda estrecha alcanzan aislamientos superiores a los 50dB.

Aplicaciones: Sistemas de resonancia paramagnética electrónica. Se emplean con profusión en los sistemas de radar mono estático de baja potencia, donde

permiten aislar las señales del generador del sistema de recepción. En los sistemas de medida de ruido de dispositivos de una puerta, donde permiten realizar la

calibración y la medida con un mismo montaje, sin necesidad conectar ni desconectar componentes.

AISLADORESEl aislador es un dispositivo con muy bajas pérdidas de inserción (del orden de 0,5 dB) en una dirección (directa) y muy altas pérdidas (del orden de 20 dB) en la dirección opuesta.Los aisladores en tecnología de circuito integrado (MIC o MMIC) suelen construirse a partir de un circulador conectado a una de sus tres puertas una carga adaptada.Los aisladores diseñados a partir de circuladores recibe el nombre de isocirculadores.

Aisladores en guía rectangular:

1. Aislador de resonancia.- Los aisladores de resonancia se construyen en guías rectangulares por las que se propaga en modo TE10.

El campo magnético está polarizado circularmente en dos planos paralelos a la cara más estrecha de la guía onda.Los aisladores de resonancia dispone de dos tiras de ferrita flanqueadas por bloques dieléctricos, con los que se consigue mejorar el acoplo.



El diseño se optimiza para minimizar las pérdidas de inserción, aunque también puede optarse por maximizar la relación entre el aislamiento y las pérdidas de inserción. Las posiciones que consiguen el aislamiento máximo y pérdidas de inserción mínimas no son coincidentes.

Aislador de resonancia

Inconvenientes: No es posible obtener pérdidas de inserción nulas. � El ancho de banda es relativamente estrecho, determinado principalmente por la anchura ∆H

de la ferrita (~ 2%). La geometría no es muy adecuada en aplicaciones de alta potencia debido a la pobre

transferencia de potencia desde el centro de la guía.

2. Aislador de desplazamiento de campo.- El aislador de desplazamiento de campo también está construido en una guía rectangular por la que se propaga el modo TE10 e igualmente emplea los planos de polarización circular del campo magnético.

La diferencia es que el campo de estático de polarización se ajusta a un valor mucho menor que el de resonancia.

Aislador de desplazamiento de campo

Se coloca una tira de ferrita en uno de los planos de polarización circular de los campos de RF.En la cara interna de la tira se añade una capa resistiva. En la dirección directa el campo eléctrico en este plano es mínimo y por tanto, las pérdidas de inserción son bajas. �En la dirección opuesta el campo eléctrico es máximo y la energía se disipa en la lámina resistiva. Con este diseño se consiguen buenos valores de aislamiento y anchos de banda en torno al 10% con un dispositivo relativamente compacto.



CONCLUSIONES

Ferritas de microondas son materiales cerámicos muy densos, de un color que varía, además de ser materiales aislantes con fuertes propiedades magnéticas. Son útiles para producir piezas de gran resistencia y dureza,imanes, núcleos de inductancias, transformadores, etc.

Dentro de las ferritas de microondas se pueden encontrar las siguientes tipos: Giradores, disipadores, aisladores y circuladores.

Una desventaja de la ferrita es que el campo magnético debe ser intenso para saturar la ferrita con el objetivo de evitar pérdidas elevadas.

Se puede encontrar otros componentes basados en ferrita como son los circuladores de unión.

RECOMENDACIONES

Tener claro sobre las subtipos de componentes basados en ferrita

WEB GRAFÍA: http://books.google.com.ec/books?

id=RChVaWXDxrUC&pg=PA146&lpg=PA146&dq=aisladores+ingenieria+de+microondas&source=bl&ots=4IxndPJi63&sig=pVfF78o9DHo61SJHLmZUvMWoSnA&hl=es&sa=X&ei=Z1CaUoPLApTykQfXlIGoDw&ved=0CCsQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false

http://es.scribd.com/doc/98101480/28/Girador

http://es.scribd.com/doc/98101480/28/Girador

http://books.google.com.ec/books?id=RChVaWXDxrUC&pg=PA146&lpg=PA146&dq=aisladores+ingenieria+de+microondas&source=bl&ots=4IxndPJi63&sig=pVfF78o9DHo61SJHLmZUvMWoSnA&hl=es&sa=X&ei=Z1CaUoPLApTykQfXlIGoDw&ved=0CCsQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false



Ferrita_Informe

Documents

Transcript of Ferrita_Informe