trainer para el estudio de las microondas … · la salida de cw del oscilador gunn puede ser un...

54
Laboratorio de Telecomunicaciones Always leading the pack TRAINER PARA EL ESTUDIO DE LAS MICROONDAS DL 2594A

Upload: lamdan

Post on 21-Sep-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Laboratorio de Telecomunicaciones

Always leading the packTRAINER PARA EL ESTUDIO

DE LAS MICROONDASDL 2594A

DL 2594A

ver b20070730 II

Página blanca

DL 2594A

ver b20070730 III

INDICE

INSTRUMENTOS 1 1. Determinación de la frecuencia y de la longitud de onda en una guía de onda rectangular, actuante en modalidad 11 2. Determinación de la relación de onda estacionaria y coeficiente de reflexión 15 3. Medida de una impedancia desconocida utilizando el diagrama de smith 19 4. Estudio de las características v-i del diodo gunn 23 5. Estudio de las siguientes características del diodo gunn 25

1. Frecuencia y potencia de salida función de la tensión de bies 26 2. Modulación de onda cuadrada mediante diodo PIN 26

6. Diseño del diagrama polar y medida del alcance de una antena de cono de guía de

onda 27 7. Estudio del funcionamiento de un aclopador direccional multisalida (mhdcoupler)

mediante la medida de los siguientes parámetros 31 1. Medida de la onda estacionaria principal y auxiliar 31 2. Medida del factor de acoplamiento y direccionalidad 31

8. Estudio del racor en t 35 9. Estudio del aislador y del circulador 39 10. Estudio de los moderadores (fijo y variable) 43 11. Transmisión de las microondas en el cable coaxial 47

DL 2594A

ver b20070730 IV

Página blanca

DL 2594A

ver b20070730 1

INSTRUMENTOS La fuente de alimentación Gunn: La fuente de alimentación Gunn se compone de una fuente de corriente de CC regulada

electrónicamente y un generador de onda cuadrada diseñado para operar el oscilador Gunn y el modulador PIN de forma simultánea.

La tensión de CC es variable de 0 a 10 voltios. La frecuencia de onda cuadrada puede modificarse continuamente entre 800 a 1200 Hz. El medidor del panel delantero puede leer la tensión Gunn y la corriente utilizada por el diodo Gunn.

La fuente de alimentación está diseñada para proteger el diodo Gunn de aplicaciones de tensión inversa, de sobretensiones pasajeras y de oscilaciones de baja frecuencia.

Oscilador Gunn: El oscilador Gunn ha sido diseñado como una fuente estable y espectralmente pura de

microonda. El oscilador lleva un diodo Gunn montado en una cavidad de guía de onda que puede ajustarse sobre el rango 8,5 a 11,5 GHz por medio de un émbolo de ajuste controlado micrométricamente. La salida mínima de energía disponible es de 10 MW – 15 mW.

Modulador PIN: La salida de CW del oscilador Gunn puede ser un pulso de onda cuadrada modulada

sobreponiendo la tensión de modulación en la tensión de polarización del diodo Gunn. Sin embargo, es bastante difícil conseguir una buena modulación debido a la impedancia de variación del diodo Gunn con temperatura. Del mismo modo, el circuito generador de la tensión de modulación debería tener una impedancia de salida baja y poder ofrecer de 300 a 500 mA. Estas desventajas pueden superarse utilizando un modulador de diodo PIN externo en la salida de CW del oscilador Gunn.

El modulador PIN es una línea de transmisión, esto es, una guía de onda derivada con un diodo PIN. La impedancia del diodo varía con la polarización aplicada al mismo. A una polarización negativa o cero, el diodo presenta una impedancia muy baja, reflejando así la señal. A una polarización positiva, el diodo presenta una impedancia muy alta y por tanto no afecta a la señal que se propaga a lo largo de la línea de transmisión.

Debido a que la energía de propagación se refleja durante el periodo en el que la tensión positiva está en el diodo PIN, es aconsejable colocar un aislante entre el oscilador Gunn y el modulador PIN, para proteger al anterior.

DL 2594A

ver b20070730 2

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Rango de tensión : 0 a 10V

Corriente : 750 mA max

Estabilidad : 0.1 % para + 10% de variaciones del suministro principal

Onda : 1.0 mV típica

Frecuencia de modulación : 800 a 1200 Hz

Tensión de modulación : 0 – 10 Vpp variable

Conector de salida : BNC para sesgo de Gunn

Rango de frecuencia de : 8.5 a 11.5 GHz (ajuste mecánico) oscilador Gunn Precisión de frecuencia : ± 1%

Carga de ROE : 1.5max

Energía de salida del : Min 10mW – 15mW sobre el rango total de frecuencia oscilador Gunn

Estabilidad de frecuencia : 500 KHz /°C temp

Sensibilidad de impulso : 10 MHz

Suministro eléctrico : 220 VAC ± 10%, 50Hz.

Tipo de guía de onda : WR – 90

Dimensión (mm) : 273 x 197 x 80

DL 2594A

ver b20070730 3

CONTROL DEL PANEL DELANTERO

Fig. 1

1. Power: Pulse el botón para suministrar energía al instrumento.

2. Pantalla digital: Lectura de 3 ½ dígitos para la tensión y corriente Gunn.

3. Frecuencia de modulación: Control de frecuencia para el suministro PIN (onda cuadrada).

4. Polarización PIN: Control de amplitud para el suministro del PIN (onda cuadrada) de 0 a 10Vpp.

5. Suministro PIN: Salida de onda cuadrada para el modulador PIN.

6. INT/CW: Interruptor de selección para la operación de CW (onda continua), esto es, sin modulación, sólo aplica la tensión de polarización Gunn en el oscilador Gunn. Durante el modo INT, tiene lugar la modulación y la onda seleccionada (audio/cuadrada/PC) está simultáneamente disponible en el suministro PIN cuya amplitud y frecuencia puede modificarse.

7. V/I (botón): Para cambiar la visualización de lectura de tensión a lectura de corriente o viceversa. Cuando se pulsa el botón, la corriente suministrada se visualiza con la resolución de 10mA. En posición desactivada, la tensión se visualiza con una resolución de 0,01 V.

8. Suministro Gunn 0 - 10 V: Aquí está disponible la salida de suministro Gunn.

9. Polarización Gunn: (rueda de ajuste): Para la configuración de la tensión de polarización Gunn.

Control del panel trasero 1. Entrada de audio: Podemos conectar un MIC para proporcionar señal de audio como

suministro PIN al modulador PIN.

2. Onda cuadrada/Audio: Cuando se selecciona el modo Int. del control del panel delantero, entonces puede seleccionarse la onda cuadrada interna o la señal de audio externa como suministro PIN de este interruptor. Mantenga el interruptor PC en posición OFF.

DL 2594A

ver b20070730 4

3. PC ON/OFF: Cuando se selecciona el modo Int. del control del panel delantero y si el interruptor PC ON/OFF está en ON, entonces puede seleccionarse la señal de PC como suministro PIN.

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN El operador deberá seguir las siguientes instrucciones de operación para utilizar la fuente de alimentación Gunn.

Fuente de alimentación Gunn: 1. Antes de colocar en “ON” el suministro eléctrico, gire las ruedas de la polarización Gunn y la

polarización PIN completamente en el sentido contrario al de las agujas del reloj.

2. Conecte la fuente de alimentación al terminal de polarización Gunn en el oscilador Gunn con BNC al cable del BNC.

3. Gire la rueda de polarización Gunn gradualmente a la tensión de funcionamiento.

4. Para modular la amplitud de la salida de CW del oscilador Gunn, conecte el suministro de polarización PIN al modulador PIN mediante un cable, mantenga el interruptor de selección de modulación en posición INT. Gire la rueda de polarización PIN en el sentido de las agujas del reloj. La profundidad máxima de modulación se obtiene cuando la rueda de polarización PIN se encuentra totalmente girada en el sentido de las agujas del reloj.

5. Cuando se utiliza el detector junto con el medidor de ROE, gire la rueda de frec. de mod. hasta la indicación “max” en el medidor de ROE.

6. Antes de cortar el suministro eléctrico, gire las ruedas de polarización Gunn y polarización PIN completamente en el sentido contrario al de las agujas del reloj y desconecte el oscilador Gunn y el modulador PIN.

Oscilador Gunn: 1. Conecte el suministro eléctrico al terminal de polarización del oscilador Gunn con el cable

coaxial de BNC proporcionado.

2. Aumente la tensión del suministro Gunn hasta la tensión especificada de funcionamiento en la tabla de calibración provista con cada oscilador.

3. La cavidad del oscilador Gunn puede ajustarse mediante un cortocircuito móvil que se conecta a un micromedidor.

4. Si durante la operación del oscilador Gunn, el medidor del suministro eléctrico indicara +12V, entonces desconecte el oscilador inmediatamente del suministro eléctrico.

5. Si el oscilador Gunn no da salida, compruebe la corriente del diodo Gunn manteniendo el interruptor de selección del medidor en la posición Corriente. Si el medidor no indica la corriente, puede haberse quemado el diodo Gunn. Nunca compruebe el diodo Gunn con un multimedidor.

6. Nunca debe aplicarse una tensión negativa o más positiva de +12V al oscilador Gunn, ya que causaría un daño permanente en el diodo Gunn.

DL 2594A

ver b20070730 5

Modulador PIN: 1. Si la salida de CW del oscilador Gunn es necesaria para que la amplitud esté modulada, el

modulador PIN deberá conectarse a la salida de la fuente de alimentación Gunn de banda de X de modo que el flujo de energía a través del modulador vaya en la dirección de la flecha marcada en el mismo y pulse INT para obtener la modulación.

2. Si se requiere una modulación de amplitud con una frecuencia de 1 KHz y un ciclo de trabajo del 50% para las mediciones de ROE, aplique la polarización del modulador PIN utilizando el suministro eléctrico como se describe anteriormente.

3. Si es necesaria la modulación de amplitud de cualquier otro ciclo de trabajo, entonces aplique un generador oportuno de pulso al conector BNC (H) del modulador PIN con una resistencia en serie para limitar la corrientes medias máximas a alrededor de 20 mA.

4. Un aspa fija atenuante de 3dB queda instalada en la sección de guía de onda del modulador para aislar el diodo Gunn y el diodo PIN. Por lo tanto, con una polarización de la CC al modulador PIN mediante una corriente CC de 10 a 20 mA, la salida se reducirá en 3dB.

5. En caso de que se requiera una salida de CW, el modulador PIN deberá extraerse de la configuración de prueba.

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

1. Antes de conectar la fuente de alimentación Gunn al oscilador Gunn y al modulador PIN,

coloque en "ON" la fuente de alimentación Gunn y compruebe la polarización variando la rueda de control de 0 a 10V. Si esta tensión supera los 12V en cualquier posición del control de polarización Gunn, no conecte el suministro eléctrico al oscilador Gunn.

2. Si la variación de tensión es la correcta, gire la rueda de polarización Gunn completamente en el sentido contrario al de las agujas del reloj y siga las instrucciones de funcionamiento.

3. Si durante la operación del oscilador Gunn, el medidor lee más de 12V y el control de polarización Gunn pierde el control del suministro, desconecte inmediatamente el oscilador Gunn del suministro eléctrico.

4. Si al girar la rueda de control de polarización Gunn en el sentido de las agujas del reloj, la tensión del suministro Gunn satura en alrededor 3 a 5 voltios, desconecte de nuevo inmediatamente el suministro eléctrico. En este caso, deberá revisar el suministro eléctrico.

DL 2594A

ver b20070730 6

MEDIDOR DE ROE El medidor modelo ROE es un voltímetro graduado de alta ganancia y poco ruido que funciona a una frecuencia fija. Está diseñado para realizar una medición de onda estacionaria en conjunción con un detector apropiado y una línea ranurada o una sección de guía de onda. Puede utilizarse como detector de nulo en un circuito puente y como indicador de frecuencia fija. Está calibrado para indicar directamente ROE o db al utilizarlo con dispositivos de ley cuadrática como un diodo de cristal. Ha superado a las escalas en cuestión de lectura precisa de pequeños aumentos. Se ajusta para su uso a 980 a 1020 Hz para evitar armónicas de frecuencia de la línea.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Sensibilidad : 0.1μV para 200Ω de impedancia de entrada para deflexión completa de escala.

Nivel de ruido : Menos de 0,02μV

Rango : 0 – 60dB en pasos de 10dB.

Entrada : Cristal de baja y alta impedancia no sesgada, cristal sesgado (200Ω y 200K)

Selección de medidor : ROE 1-4, ROE 3-10, dB 0-10, ampliar

ROE 1-1.3, dB 0-2.

Control de ganancia : Ajuste el nivel referencia, rango variable 0 -10dB (aprox.)

Conector de entrada : BNC (F)

Frecuencia de entrada : 1000Hz ± 10%

Energía : 220 voltios A.C. ± 10%, 50Hz

Dimensión (mm) : 300 x 222 x 122

DL 2594A

ver b20070730 7

CONTROL DEL PANEL DELANTERO

Fig. 2

1. Power: Pulse el botón para suministrar energía al instrumento. 2. Medidor calibrado en ROE y dB: Medidor para medir ROE y ganancia. 3. Ganancia basta: Control para ajustes de medidor en lectura completa de escala / cualquier otra

conveniente. 4. Ganancia fina: Control para ajustes de medidor en lectura completa de escala / cualquier otra

conveniente. (0,8dB) 5. Interruptor de rango: Atenuador de siete posiciones, mínimo en pasos de 10 dB. 6. Cristal: Interruptor de selección de entrada para entradas baja y alta: p.ej. alta 200K - cristal,

baja 200Ω. 7. Interruptor de selección del medidor: Interruptor de tres posiciones, Normal – selección o

escala normal, Ampliar – selección o escala ampliada y escala de 5dB. 8. Entrada: Conector BNC (hembra) para conectar la señal a medir. Control del panel trasero 1. PC ON/OFF: Para probar la comunicación de PC, si se encuentra en posición ON, la señal

recibida puede sacarse del conector RS232. Para otra prueba, mantenga siempre en posición OFF.

2. Ajuste de comparador: Para PC a comunicación de PC, ajuste el potenciómetro de modo que el BNC de salida deberá dar la señal recibida de PC que se transmite desde el transmisor de PC.

3. Salida/Auricular: Cuando se selecciona la salida, la señal detectada amplificada puede observarse en el CRO desde el BNC de salida, si el PC se encuentra en posición OFF. Pero si el interruptor PC se encuentra en posición ON, la salida será la señal recibida del transmisor de PC. Cuando se selecciona el auricular, entonces podrá realizarse una prueba de audio.

DL 2594A

ver b20070730 8

TEORÍA E INSTRUCCIONES DE FUNCIONAMIENTO Equipo auxiliar exigido: Para la medición de ROE, se requiere el siguiente equipamiento: 1. Origen de señal: El origen de señal deberá cubrir el rango deseada de frecuencia y tener una amplitud

modulada en la frecuencia de funcionamiento del medidor de ROE. Generalmente se utiliza la modulación de onda cuadrada que reduce al mínimo los efectos de armónicas y modulación de frecuencia. En cualquier aplicación, es necesario minimizar la interacción entre el oscilador y la carga. En estos casos, deberá utilizarse un dispositivo de aislamiento.

2. Cables o ondas guía: El cable o la guía de onda utilizada para conectar el origen a una conexión ranurada, la

impedancia de origen sobre el rango deseada de frecuencia. 3. Sección ranurada: La sección ranurada debería cubrir la frecuencia deseada y estar equipada con una escala o

indicador de precisión. 4. Detector: El detector debería ser un dispositivo de ley cuadrática (salida proporcional a la entrada de

energía RF) como un Barretter o un diodo de cristal operado a un nivel de señal bajo. Un Barretter es una ley cuadrática razonable cuando se utiliza a un nivel de señal bajo pero esto en general no puede decirse en todos los casos con el diodo de cristal. Sin embargo, la sensibilidad del cristal es considerablemente mejor que con barretters por lo que se utilizan ampliamente cristales como detectores de mediciones de ROE.

5. Cargas conocidas: Se requieren varias terminaciones (esto es, un cortocircuito fijo y uno móvil) para establecer

los puntos de referencia y ayudar a calibrar la configuración de prueba. Técnicas en mediciones: Básicamente, la medición de un ratio de onda estacionaria se compone del carro de sonda en una posición de tensión máxima y configurar la ganancia para obtener una lectura de 1,0. El carro de sonda se mueve después a lo largo de la línea ranurada a un mínimo de tensión y en la escala se indica directamente el ROE. Pero hay otros casos, especialmente en diseño y desarrollo, en los que se busca un conocimiento completo del equipamiento de terminación. Esto puede obtenerse midiendo el ROE y la fase en el modelo de onda estacionaria. Generalmente, la característica de impedancia de la carga se obtiene midiendo la posición de la tensión mínima. Esta posición se compara con una posición desplazada del mínimo de tensión que se da cuando una carga conocida sustituye a la carga bajo prueba en el punto de referencia sobre una línea ranurada. La distancia entre estos dos mínimos se introduce en un ábaco de Smith y se determina el componente reactivo. Por comodidad, la carga conocida normalmente entre un cortocircuito o placa de cortocircuito y el punto de referencia es la conexión de carga.

DL 2594A

ver b20070730 9

Sonda de penetración del detector: Una norma general en el trabajo con línea ranurada es que la penetración de una sonda de muestreo en la línea deberá mantenerse a un mínimo. La energía extraída por la sonda de muestreo causa distorsión en el modelo de onda estacionaria. Este efecto suele ser mayor a medida que aumenta la penetración de la sonda y puede explicarse considerando la sonda y derivando la entrada de la línea. La impedancia en el modelo de onda estacionaria varía a lo largo de la línea del máximo a un mínimo de tensión, de un mínimo a un máximo de tensión. La entrada de derivación introducida por la sonda reduce estas impedancias causando una ROE más baja frente a la ROE real y cambiando tanto las máximas como las mínimas a su posición neutral. El cambio será mayor a un máximo de tensión que a un mínimo de tensión. Además de absorber la energía y afectar al modelo de onda estacionaria, la sonda también causará reflexiones en la línea. Estas reflexiones viajarán a través de la fuente de señal. Si la fuente de señal no se iguala, estas reflexiones vuelven a enviarse a través de la carga y causarán errores adicionales en mediciones de ROE bajas. Se produce una excepción a la regla de penetración mínima cuando se busca examinar en detalle un mínimo de tensión en una medición alta de ROE. Para ello, puede tolerarse una penetración de sonda mayor debido a que el mínimo de tensión corresponde a un punto de impedancia bajo en la línea. Sin embargo, sólo a un mínimo de tensión podrá tolerar una penetración sustancial de sonda. Precaución al utilizar detectores de cristal: Siempre que se utilice un detector de cristal con una resistencia de carga medida, el interruptor de selección de salida debe configurarse a la posición XTAL – 200 K ohmios para obtener una respuesta precisa de ley cuadrática. Con un cristal descargado, seleccione la impedancia de entrada que le proporciona la máxima sensibilidad. Habitualmente, la posición de XTAL 200 presentará la mejor sensibilidad. Sin embargo, algunos diodos de cristal pueden provocar una salida más alta en la posición de XTAL – 200 K ohmios. Se recomienda la sensibilidad máxima para que la penetración de la sonda en la línea ranurada pueda mantenerse a un mínimo. Procedimientos de funcionamiento: 1. Mediciones bajas de ROE (10 e inferiores):

1. ENCIENDA el instrumento. Para obtener una estabilidad máxima, deje aproximadamente 5 minutos de calentamiento.

2. Configure el interruptor de selección de entrada para el tipo de detector que se va a utilizar. 3. Conecte el cable del detector a la entrada del medidor de ROE. 4. Configure los controles de ganancia (Basto y Fino) a aproximadamente al máximo. 5. Configure el interruptor de rango en la posición de 30 o 40 db. Ajuste la penetración de la

sonda para obtener una lectura de la escala. 6. Optimice el medidor ajustando la frecuencia de modulación de la fuente de señal, si es

ajustable. Reduzca la penetración de la sonda para mantenerla calibrada. 7. Optimice el medidor ajustando el detector de sonda, si es ajustable. Reduzca la rueda de

control de ganancia o el atenuador para mantener el medidor calibrado, esto es, obtener una lectura completa de la escala.

8. Optimice el medidor moviendo el carro de la sonda a lo largo de la línea… Para reducir la rueda de control de ganancia o el atenuador para mantener el medidor calibrado.

DL 2594A

ver b20070730 10

9. Ajuste los controles de GANANCIA y/o la energía de salida de la fuente de señal para obtener exactamente una lectura completa de la escala.

10. Mueva el carro de la sonda a lo largo de la línea para obtener una lectura mínima. No vuelva a ajustar la sonda o el detector.

11. Lea la ROE, indicada directamente sobre la escala. 2. Si la lectura en el mínimo es mayor a 3 en la escala superior, configure el interruptor RANGE

en la siguiente rango más alta y lea la indicación en la segunda ROE o (3 a 10) o en la escala de ROE.

3. Si el interruptor de rango se cambia por la escala superior de ROE de dos pasos, sin embargo toda la indicación de esta escala debe multiplicarse por 10.

Altas mediciones de ROE (Por encima de 10):

Cuando la ROE sea alta, el acoplamiento de la sonda debe aumentarse si se obtiene una lectura al mínimo de tensión. Sin embargo, al máximo de tensión, este acoplamiento de medición alta puede resultar en una sonda… también existe riesgo de error por el cambio en las características del detector en niveles más altos de R.F.

DL 2594A

ver b20070730 11

1. DETERMINACIÓN DE LA FRECUENCIA Y DE LA LONGITUD DE ONDA EN UNA GUÍA DE ONDA RECTANGULAR, ACTUANTE EN MODALIDAD TE

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, guía ranurada, sonda compatible, instrumento VSWR, soporte para guías de onda, blanco movible, terminal de acoplamiento.

Teoría: Por definición, en una guía de onda rectangular de modalidad TE, los parámetros �, �g e �c están relacionados de la siguiente manera:

220

111

cgλλλ

+=

Donde: λ0 Es el espacio libre de la guía λg Es la amplitud de la guía λc Es la sección de la guía Para la modalidad TE10, λc=2a “a” es la dimensión de la banda de guía de onda (a=22.86mm para la banda X). La siguiente relación puede por consiguiente ser demostrada.

C = fλ Donde C es la velocidad de la luz y f es la frecuencia.

fig. 1 a

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-STS Slotted section

2594-PMDPin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594-FQM frequency meter

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

DL 2594A

ver b20070730 12

Fig.1b

Procedimiento: 1. Ordenar los componentes y los instrumentos como se muestra en la fig.1 2. Colocar el moderador variable en posición de máxima moderación 3. Regular las manoplas del VSWR como sigue:

Capacidad db (range db) 50 Selector de ingresos (input switch) Cristal de baja impedancia

Interruptor para el aparato (meter switch) Normal (normal position) Alcance (gain coarse&fine) todo en sentido horario

4. Regular las manoplas del control del Gunn así: Interruptor para el aparato (meter switch) V(Volt) Manopla de bies del Gunnn (Gunn bias knov) AM Manopla para la tensión del radio (beam voltaje knob) girar a la izquierda

Manopla de bies del pin (pin bias knob) girar a la izquierda Modulación de frecuencia del pin cualquier posición

5. Encender el alimentador del Gunn, el aparato VSWR, y el ventilador 6. Ajustar el micrómetro del oscilador Gunn en la frecuencia requerida para las operaciones 7. Conectar el cable del ventilador de enfriamiento en la toma colocada detrás del alimentador

del Gunn. 8. Con la manopla aumentar el bies del Gunn hasta un máximo de 10V 9. Girar la manecilla del bies del pin casi hasta su posición máxima . 10. Ajustar la máxima salida del aparato VSWR mediante el control de la frecuencia del

modulador 11. Si es necesario, modificar la moderación en db del aparatoVSWR 12. Girar el frecuencímetro hasta tener un máximo en la lectura del aparato VXWR, y señalar la

frecuencia leída. 13. Sustituir el bloqueo de terminación con el blanco móvil y conectar el aparato (fig.1b) 14. Mover la sonda a lo largo de la guía ranurada, variará la deflexión del aparato

Mover la sonda hasta un punto de mínima deflexión. Para tener una lectura más exacta, es necesario cambiar el capacidad de la moderación en db del aparatoVSWR en su posición máxima. Comprobar y anotar la posición de la sonda leída en la escala milimétrica.

15. Mover la sonda al mínimo y anotar nuevamente la posición

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-STS Slotted section

2594-PMD Pin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594-FQM frequency meter

2594-PMS Movable short

2594-TNP Tunable probe

DL 2594A

ver b20070730 13

16. Calcular la amplitud de onda como el doble de la distancia entre dos puntos sucesivos de mínimo.

17. Medir la dimensión interna de la guía de onda “a” la cual debería ser aproximadamente 22.87mm para la banda X.

18. Calcular la frecuencia mediante la siguiente ecuación:

22

11

cg

ccfλλλ

+⋅==

Donde c=3 x 108 metros/segundo, es decir, la velocidad de la luz.

19. Verificar la frecuencia obtenida con el frecuencímetro 20. El anterior experimento puede ser verificado también con diferentes frecuencias

DL 2594A

ver b20070730 14

Página en blanco

DL 2594A

ver b20070730 15

2. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DE ONDA ESTACIONARIA Y COEFICIENTE DE REFLEXIÓN

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn ,oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, guía ranurada, sonda compatible, aparato VSWR, soporte para guías de onda, blanco móvil, terminal de acoplamiento, rastra regulable.

Teoría: El campo electromagnético en todo punto a lo largo de la línea de transmisión puede ser considerado como la suma de dos ondas en movimiento: la onda incidente propagada por el generador y la onda refleja propagada hacia el generador. La onda refleja se genera por la reflexión de la onda incidente contra una discontinuidad a lo largo de la línea de transmisión o contra una impedancia de carga. La amplitud y la fase de la onda refleja depende directamente de la amplitud y de la fase de la impedancia relativa. La superposición de las dos ondas en movimiento genera la onda estacionaria a lo largo de la línea de transmisión. La máxima fuerza del campo se obtiene cuando las dos ondas están en fase, y por el contrario, la mínima se obtiene cuando las ondas están en contrafase. La distancia entre los dos mínimos (o máximos) es la mitad de la amplitud de onda de la guía a lo largo de la línea. La relación entre fuerza de campo eléctrico de onda refleja y onda incidente es llamado coeficiente de reflexión.

Fig.1 onda estacionaria Fig.2 Método del doble mínimo La tensión de relación de onda estacionaria (Voltaje Standing Wave Ratio) es definida como la relación entre mínimo y máximo fuerza de campo a lo largo de la línea. Entonces WSWR señalada como”s” es:

RI

RI

EEEE

EES

−+

==min

max

Dove EI = Tensión incidente ER = Tensión refleja

DL 2594A

ver b20070730 16

El coeficiente de reflexión ρ resulta ser igual a:

0

0

ZZZZ

EE

I

R

+−

==ρ

Donde Z es la impedancia en un punto de la línea y Z es la impedancia característica De la fórmula anterior se puede determinar entonces que:

11

+−

=SSρ

Fig.2a

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-STS Slotted section

2594-PMD Pin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594-FQM frequency meter

2594-SST Slide Screw- tuner

2594-TNP Tunable probe

2594-MTT Matched termination

DL 2594A

ver b20070730 17

Procedimiento: 1. Organizar los componentes como se muestra en la figura 2ª 2. Regular el moderador variable en posición de máxima moderación 3. Regular el control del aparato VSWR así: Capacidad: 40db/50db Selector de ingresos baja impedancia Selector de escala normal Alcance grande y pequeño Alrededor de la mitad 4. Regular el control del alimentador del Gunn de la siguiente manera:

Selector escala Volt Regulación del bies del Gunn AM Tensión del radio Girar a la izquierda Bies del pin Girar hacia la izquierda Frecuencia de modulación del pin cualquier posición

5. Encender el alimentador del Gunn, aparato VSWR y el ventilador de enfriamiento. 6. Regular el micrómetro del oscilador Gunn para la frecuencia operativa 7. Conectar el cable de alimentación del ventilador de enfriamiento en la toma colocada detrás

del alimentador Gunn 8. Aumentar el bies del Gunn hasta un máximo de 10V 9. Regular el bies del Pin casi hasta el máximo valor 10. Regular la frecuencia de modulación hasta obtener el máximo valor posible en el aparato

VSWR 11. Si es necesario, modificar la moderación en db del aparato VSWR aumentándola o

disminuyéndola.

Medidas de ondas estacionarias (VSWR) bajas y medias

1. Mover la sonda a lo largo de la guía ranurada hasta encontrar en punto de máxima deflexión con el aparato VSWR

2. Regular el alcance del aparato VSWR y eventualmente variar la moderación, hasta que no se lea 1,0 sobre la escala normal SWR.

3. Sin alterar las regulaciones llevar la sonda a la consiguiente posición de mínimo, leer y anotar el valor en la escala VSWR.

4. Repetir el paso anterior variando la posición de la sonda de la rastra regulable y registrar las correspondientes ondas estacionarias.

5. Si las ondas estacionarias VSWR están comprendidas entre 3.2 y 10, cambiar la moderación en db en el valor mayor consiguiente.

DL 2594A

ver b20070730 18

Medidas de ondas estacionarias elevadas (método del doble mínimo) 1. Regular la profundidad de la rastra regulable ligeramente además del valor necesario para

obtener el máximo valor de VSWR. 2. Mover la sonda a lo largo de la guía ranurada hasta que se indique un mínimo 3. Regular el alcance del aparato VSWR y variar el moderador hasta obtener una lectura de

3db en la escala normal del aparato VSWR. 4. Mover la sonda hacia la izquierda a lo largo de la guía ranurada hasta cuando se obtenga un

valor de deflexión semejante al de la base de la escala, es decir, 0db. Leer y anotar la posición de la sonda, correspondiente a d1

5. Repetir los pasos 3 y 4 moviendo la sonda hacia la derecha a lo largo de la guía ranurada hasta que se obtenga la base de la escala en el capacidad 0-10db. Este es el punto d2.

6. Sustituir la rastra regulable y la terminal con el blanco móvil 7. Medir la distancia entre dos puntos mínimos de la sonda. El doble de esta distancia es la

amplitud de la guía de onda λg 8. Calcular la relación de onda estacionaria SWR con la siguiente ecuación:

)( 21 ddSWR g

−•=

πλ

DL 2594A

ver b20070730 19

3. MEDIDA DE UNA IMPEDANCIA DESCONOCIDA UTILIZANDO EL DIAGRAMA DE SMITH

Módulos necesarios Alimentador del oscilador Gunn,oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, guía ranurada, sonda compatible, aparato VSWR, soporte para guías de onda, blanco móvil, terminal de acoplamiento, rastra regulable.

Teoría La impedancia en todo punto a lo largo de la línea de transmisión puede ser definida como R+jX. Análogamente SWR puede ser calculada como:

ρρ

+−

=11

S

donde el coeficiente de reflexión 0

0

ZZZZ

+−

=ρ con

Z0 = impedancia característica de la guía de onda en la frecuencia operativa Z =impedancia de carga en el punto La medida se efectúa como se describe a continuación: El objeto desconocido es unido a la guía ranurada y al SWR= S0 de manera que determine una posición de mínimo. Entonces el objeto desconocido es sustituido por el blanco móvil.

fig.3a

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-STS Slotted section

2594-PMD Pin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594-FQM frequency meter

2594-SST Slide Screw- tuner

2594-TNP Tunable probe

2594-MTT Matched termination

DL 2594A

ver b20070730 20

Procedimiento:

1. Organizar los componentes como en la fig.3ª 2. Regular el moderador variable en su valor mínimo 3. Regular el control del aparato VSWR así: Capacidad: 50db Selector de ingresos baja impedancia Selector escala normal Alcance alrededor de la mitad 4. Regular el control del alimentador del Gunn como sigue: Selector escala Volt Regulación del bies del Gunn AM Tensión del radio Girar hacia la izquierda Bies del pin Girar hacia la izquierda Frecuencia de modulación del pin cualquier posición 5. Encender el alimentador del Gunn y el aparatoVSWR 6. Regular el micrómetro del vibrador Gunn para la frecuencia requerida para las operaciones. 7. Regular el bies del Pin casi hasta el máximo valor 8. Aumentar el bies del Gunn hasta un valor máximo de 10V 9. Regular el bies del Pin casi hasta el valor máximo 10. Regular la frecuencia de modulación hasta obtener en el instrumento VSWR el máximo

valor posible. 11. Si es necesario, modificar la moderación en db del aparatoVSWR 12. Girar el frecuencímetro hasta tener un máximo en la lectura del aparato VSWR y señalar la

frecuencia leída. 13. Regular la penetración de la rastra regulable a cerca de 3-4mm y fijarla. 14. Mover la sonda a lo largo de la guía ranurada hasta tener un punto de máxima deflexión 15. Regular el alcance del aparato VSWR y el moderador variable hasta que el instrumento no

indique 1.0 en la escala normal superior SWR 16. Mover la sonda hasta el consiguiente punto mínimo y anotar el punto SWR = S0. Anotar

también la posición de la sonda que debería corresponder a la distancia d. 17. Quitar la rastra regulable y la terminal de acoplamiento y poner el blanco móvil en el lugar

de la guía ranurada.

Fig. 2 Onda estacionaria en medida de resistencia

DL 2594A

ver b20070730 21

18. Anotar la posición de dos puntos de mínimo consiguientes; sean estos d1 y d2. Se demuestra entonces: λg = 2 (d1 - d2)

19. Calcular la relación d/λg 20. Hallar la impedancia normalizada como ha sido descrito en la sección teórica 21. Si se requiere repetir el mismo experimento para otras frecuencias.

DL 2594A

ver b20070730 22

Página en blanco

DL 2594A

ver b20070730 23

4. ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS V-I DEL DIODO GUNN

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, osciladorr Gunn, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, aparato VSWR, soporte para guías de onda.

Teoría: El oscilador Gunn se basa sobre el efecto de conductividad diferencial negativa en semiconductores cargados, que tienen dos bandas conductoras mínimamente separadas por un diferencial energético(mayor que la energía de agitación térmica). Un desarreglo en el cátodo da origen a una región con campo elevado, que tiende a desplazarse hacia el ánodo. Cuando este campo elevado dominante (o dominio) alcanza el ánodo desaparece y en el cátodo se forma otro dominio y comienza a desplazarse hacia al ánodo y así sucesivamente. El tiempo que emplea el dominio para desplazarse desde el cátodo hasta el ánodo (tiempo de transición) genera la frecuencia de oscilación. En un oscilador Gunn, el diodo Gunn es colocado en una cavidad de resonancia. En este caso, la frecuencia de oscilación es determinada por la dimensión de la cavidad más que por el diodo mismo. Aunque el oscilador Gunn pueda ser regulado en amplitud y frecuencia mediante la tensión del bies, ha utilizado una modulación PIN mediante un diodo PIN para modulación de onda cuadrada. Una medida de las potencialidades de la modulación de onda cuadrada es la modulación profunda, por ejemplo, en relación de salida entre el estado ON y el OFF.

Fig. 4a

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-DTM Tunable detector mount

2594-PMDPin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594_FQM frequency meter

DL 2594A

ver b20070730 24

Procedimiento: 1. Organizar los componentes como en la fig. 4ª 2. Regular el moderador variable en su valor de máxima moderación 3. Regular el control del instrumento VSWR de la siguiente manera: 4. Capacidad 40db 5. Selector de ingresos baja impedancia 6. Selector escala normal 7. Alcance todos en sentido horario 8. Regular el control del alimentador del Gunn de la siguiente manera: 9. Selector escala Off 10. Regulación del bies del Gunn AM 11. Tensión del radio girar hacia la izquierda 12. Bies del pin girar hacia la izquierda 13. Frecuencia de modulación del pin cualquier posición 14. Regular el micrómetro del oscilador Gunn en la frecuencia requerida para las operaciones 15. Encender el alimentador del Gunn y el aparato VSWR 16. Regular en tensión el conmutador del aparato del alimentador del oscilador Gunn. 17. Medir la corriente del diodo Gunn correspondiente con las diversas tensiones controladas

por la manopla de bies del Gunn, con el aparato presente en el panel conmutándolo de vez en vez entre tensión y corriente. No superar la tensión de bies de 10V.

18. Dibujar los datos de tensión y corriente en un gráfico, como se muestra en la fig. 2 19. Medir la tensión de umbral, que corresponde a aquella de máxima corriente.

Fig. 2 - Características I-V del oscilador GUNN

NOTAS: No regular la tensión de umbral por un tiempo mayor de 10-15 segundos. Las lecturas deben ser efectuadas lo más rápidamente posible, en caso contrario podría haber un recalentamiento del diodo Gunn que podría quemarlo.

DL 2594A

ver b20070730 25

5. ESTUDIO DE LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS DEL DIODO GUNN

1. Frecuencia y potencia de salida función de la tensión de bies

2. Modulación de onda cuadrada mediante diodo PIN Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pinn, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, aparato VSWR, soporte para guías de onda.

Fig. 5a

Procedimiento: 1. Organizar los componentes como en la fig. 5a. 2. Regular el moderador variable en su valor de máxima moderación 3. regular el control del instrumento VSWR de la siguiente manera:

Capacidad: 40db Selector de ingresos baja impedancia Selector de escala normal Alcance todo en sentido horario

4. Regular el control del alimentador del Gunn como sigue: Selector de escala Off Regulación del bies del Gunn AM Tensión del radio girar hacia la izquierda Bies del pin girar hacia la izquierda Frecuencia de modulación del pin cualquier posición

5. Regular el micrómetro del oscilador Gunn en la frecuencia requerida para las operaciones. 6. Encender el alimentador del Gunn y el aparato VSWR

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-ISO Isolator

2594-DTM Tuneable detector mount

2594-PMDPin modulator

2594-VRA Variable attenuator

2594-SWR SWR Meter

2594-FQM frequency meter

DL 2594A

ver b20070730 26

1. Frecuencia y potencia de salida función de la tensión de bies 1. Poner en tensión el conmutador del aparato del alimentador del Gunn. 2. Aumentar el calor del bies del Gunn 3. Girar la manopla del bies para PIN casi hasta la posición máxima 4. Regular la salida en el aparato VSWR mediante la manopla de control de la frecuencia de

modulación. 5. Si es necesario cambiar la escala db del aparato VSWR en posición mayor o menor, para

obtener la lectura de la deflexión con el aparato. Los valores pueden obtenerse variando moderador y el alcance del aparato.

6. Medir la frecuencia utilizando el frecuencímetro. 7. Reducir la tensión de bies del Gunn en un intervalo entre 0.5V a 1V y anotar las

correspondientes lecturas de la salida del aparato VSWR y la frecuencia obtenida por el frecuencímetro.

8. Usar la lectura para diseñar el gráfico potencia-tensión y frecuencia-tensión. 9. Medir el factor de impulso (pushing factor) expresado en MHz/Volt que corresponde a la

sensibilidad de la frecuencia en función de la variación de la tensión de bies del oscilador. El factor de impulso tiene un valor alrededor de 8v bies.

2. Modulación de onda cuadrada mediante diodo PIN

1. Poner en tensión el conmutador del aparato del alimentador del Gunn, y girar el control de la tensión de bies lentamente, hasta obtener una lectura de 10V.

2. Regular las manoplas de tensión y frecuencia del modulador PIN para obtener la máxima señal en el osciloscopio.

3. Hacer coincidir el límite inferior de la onda cuadrada en el osciloscopio a un nivel que será tomado como referencia y anotar la lectura del micrómetro del moderador variable.

4. Entonces, operando sobre el micrómetro del moderador variable hacer coincidir el límite superior de la onda cuadrada al mismo nivel tomado antes como referencia y anotar la lectura del micrómetro.

5. Conectar el VSWR al detector de ondas y anotar la lectura de los db en el aparato para ambas posiciones del micrómettro del moderador variable.

6. La diferencia entre las dos lecturas del aparatoVSWR proporciona la profundidad de modulación del modulador PIN.

DL 2594A

ver b20070730 27

6. DISEÑO DEL DIAGRAMA POLAR Y MEDIDA DEL ALCANCE DE UNA ANTENA DE CONO DE GUÍA DE ONDA

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, dos antenas de cono, aparato VSWR, soporte para guías de onda.

Teoría: Si una línea de transmisión para propagación de energía se deja abierta en un extremo, habrá una radiación desde este extremo. En caso de una guía de onda rectangular, este tipo de antena presenta un factor de desacoplamiento de cerca 2:1 y propagación en muchas direcciones. El acoplamiento será aumentado si la guía de onda abierta tiene forma de cono. El diagrama de propagación de una antena es un gráfico de intensidad de campo, o con mayor frecuencia potencia, en función del ángulo a una distancia constante desde la antena prpagadora. La antena naturalmente tiene forma tridimensional, pero por razones prácticas es representada normalmente como bidimensional sobre uno o más planos. La forma de una antena consiste en diferentes lóbulos, el lóbulo principal, los lóbulos laterales, y el lóbulo posterior. La mayor potencia está concentrada en el lóbulo principal, y es necesario mantener la potencia de los lóbulos laterales y del posterior lo menos posible. La intensidad de potencia máxima del lóbulo principal comparada con la intensidad de potencia obtenida con una antena imaginaria omnidireccional (radiación igual en todas las direcciones) con la misma potencia de alimentación es definida como alcance de antena.

Radio y amplitud 3db Este es el ángulo entre dos puntos sobre el lóbulo principal donde la intensidad de potencia es la mitad de la máxima intensidad de potencia. Cuando medimos el diagrama de una antena, frecuentemente es usual diseñar el diagrama lejos de la antena. Diagramas de campos lejanos se obtienen a una distancia mínima de 2D2/�0 (para antenas de cono rectangulares): Donde D es la dimensión de la extensión de la antena y �0 es el espacio libre de la amplitud de onda. Es también muy importante evitar posibles dificultades de reflexión. Los levantamientos de antena son realizados normalmente en espacios abiertos o en cuartos anecoicos, fabricados en material absorbente. Las mediciones de antena son realizadas frecuentemente utilizando una antena desconocida como receptora. Existen diversas maneras para medir el alcance de antena. Un método es el de comparar la antena desconocida con una antena de alcance standard, de la cual se conoce el alcance. Otro método es el de utilizar dos antenas idénticas como transmisor y como receptor.

DL 2594A

ver b20070730 28

Con la siguiente fórmula es posible determinar el alcance:

2210

)4( SGGP

P tr ••

•••=

πλ

Donde Pt è la potencia transmitida Pr la potencia recibida, G1 e G2 es el alcance de la antena transmisora y de la receptora, S es la distancia radial entre las dos antenas y λ0 es el espacio libre de la amplitud de onda. Si ambas, antena receptora y transmisora son idénticas tienen el mismo alcance, la anterior ecuación sería:

2

20

)4( SGPP t

r ••••

=πλ ,

t

r

PPSG

0

π ••=

En la ecuación precedente Pt, Pr S e λ0 pueden ser medidas y el alcance demostrado. Como se ha evidenciado en la ecuación precedente no es necesario conocer el valor absoluto de Pt e Pr sino sólo su relación, la cual puede ser medida por el aparato VSWR.

Fig. 6a

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-SGH Standard Gain Horn

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-SGH Standard Gain Horn

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-SWR SWR meter

DL 2594A

ver b20070730 29

Procedimiento: Diseño del diagrama polar de una antena

1. Organizar los componentes como en la fig. 6a, poniendo a lo largo del mismo tablero los tableros de las dos antenas.

2. Activar la fuente de microondas para obtener la máxima potencia en la frecuencia deseada con modulación de onda cuadrada, regulando frecuencia y amplitud de la onda cuadrada de la señal modulada por el alimentador del Gunn y ajustando el elevador.

3. Obtener la máxima deflexión (0db) sobre la escala normal de los db (0-10db) en cualquier capacidad del selector del aparato VSWR mediante el control del alcance del VSWR o mediante el moderador variable.

4. Girar hacia la izquierda la antena receptora gradualmente desde 2°-5° hasta 40°-50° y anotar los correspondientes db del VSWR señalados en la escala normal del aparato. Cuando sea necesario, cambiar la capacidad con aquella superior y agregar 10db al valor leído.

5. Repetir el paso anterior, pero esta vez girar el receptor hacia la derecha y anotar las lecturas. 6. Diseñar los gráficos relativos de la potencia, es decir, salida V/S ángulo. 7. A partir del diagrama determinar la amplitud 3db (amplitud de radio) de la antena.

Medida del alcance 1. Organizar los componentes como en la fig.1 poniendo a lo largo del mismo tablero los

tableros de las dos antenas. 2. Regular la capacidad en db del instrumento VSWR a 50db con el alcance al máximo. 3. Activar la fuente de microondas para obtener la máxima potencia en la frecuencia deseada

con modulación de amplitud y frecuencia del alimentador del Gunn, y regular el elevador. 4. Obtener la base de la escala de la deflexión en el aparato VSWR mediante el moderador

variable. 5. Sustituir la antena receptora con el elevador y cambiar la moderación para poder seguir una

lectura en la escala (sin tocar la manopla del alcance), anotar la posición del moderador db y la deflexión del aparato VSWR.

6. Calcular la diferencia en db entre la potencia medida en el punto 4 y la del punto 5.

Ejemplo: Supongamos que una deflexión de 5db en la escala 20db haya sido obtenida en el punto 5, la diferencia entre el punto 4 y el punto 5 es: 50-(20-5)=25db

Convirtamos los db en la relación de potencia. En el ejemplo precedente resultará 318, que será Pr/Pt.

Calculamos el alcance con la siguiente ecuación.

t

r

PPSG •

••=

0

4λπ

En el ejemplo anterior supusimos que nuestra frecuencia fuera 9GHz, λ0 = 3.33cm donde c es la velocidad de la luz (3* 1010cm/sec ) y la distancia entre las antenas 150cm (por ejemplo).

7. Convertir G en db en el ejemplo precedente G db= 10 log 318=15,02db.

DL 2594A

ver b20070730 30

8. La misma configuración puede ser utilizada para otras frecuencias

DL 2594A

ver b20070730 31

7. ESTUDIO DEL FUNCIONAMIENTO DE UN ACLOPADOR DIRECCIONAL MULTISALIDA (MHDCOUPLER) MEDIANTE LA MEDIDA DE LOS SIGUIENTES PARÁMETROS 1. Medida de la onda estacionaria principal y auxiliar 2. Medida del factor de acoplamiento y direccionalidad

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, terminal de acoplamiento, acoplador direccional multisalida, aparato VSWR, soporte para guías de onda. Teoría Un acoplador direccional es un dispositivo con el cual es posible medir separadamente la onda incidente y la onda refleja. Consiste en dos líneas de transmisión, el brazo principal y el brazo auxiliar, acoplados entre ellos electromagnéticamente. Observando la fig. 1 la potencia entrante por la puerta 1 del brazo principal es separada en las puertas 2 y 3 y casi nada sale por la puerta 4. La potencia entrante por la puerta 2 es dividida entre la puerta 1 y 4.

Fig.1 Acoplador direccional

El factor de acoplamiento es definido como:

Acoplamiento (db)= 10l log10[P1/P3] donde la puerta 2 está cerrada.

Aislamiento = 10 log10[P2/P3] donde P1 está acoplado

En el interior está presente una terminal y la potencia entra por la puerta 1. La direccionalidad del acoplamiento está dada por la medida de la separación entre la onda incidente y la onda refleja. Es medida como la relación de dos potencias de salida por la línea auxiliar cuando una cantidad determinada de potencia es sucesivamente aplicada a cada terminal de la línea principal con las puertas cerradas con material de carga. Entonces: Direccionalidad D (db)= aislamiento-acoplamiento= 10log10[P2/P1]

DL 2594A

ver b20070730 32

La tensión de onda estacionaria (VSWR) es la medida de la onda estacionaria vista desde el terminal de ingreso de la línea principal cuando cargas de acoplamiento son colocadas sobre los otros terminales. La pérdida de inserción de la línea principal es la moderación introducida en la línea de transmisión por los acoplamientos; y es definida como: Pérdida = 10log10[P1/P2] cuando la potencia entra por la puerta.

Fig. 7a

Fig. 7b

3

21

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-MDC Multihole directional

2594-MTT Matched termination

2594-SWR SWR meter

2594-TNP Tunable probe

2594-MTT Matched termination

13

2

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-MDC Multihole directional

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-SWR SWR meter

2594-MTT Matched termination

DL 2594A

ver b20070730 33

Procedimiento: A. Medida de onda estacionaria de línea principal

1. Organizar los componentes como en la fig. 7ª 2. Alimentar la fuente de microondas. 3. Seguir el procedimiento descrito en el experimento para la medida del VSWR (medida de

ondas estacionarias medias y bajas) 4. Repetir el mismo procedimiento para otras frecuencias

B. Medida de onda estacionaria de línea auxiliar

1. Organizar los componentes como en la fig. 7ª 2. Alimentar la fuente de microondas 3. Seguir el procedimiento descrito en el experimento para la medida del VSWR (medida de

ondas estacionarias medias y bajas) 4. Repetir el mismo procedimiento para otras frecuencias

C. Medida del factor de acoplamiento y pérdida de inserción

1. Organizar los componentes como en la fig.7ª 2. Alimentar la fuente de microondas 3. Quitar el acoplador direccional multisalida y conectar el detector de microondas al

frecuencímetro. Regular el detector para lograr tener el valor máximo de salida. 4. Regular cualquier nivel de potencia en el aparatoVSWR, operando sobre el moderador

variable y sobre la regulación del alcance del aparato y anotar la lectura (el nivel es X) 5. Insertar el acoplador direccional como se muestra en la segunda figura, con el elevador

conectado a la puerta auxiliar 3 y la terminal de acoplamiento a la puerta 2, sin variar ni la posición del moderador variable ni la del alcance del aparato.

6. Anotar las elevaciones del aparato VSWR, variando eventualmente la escala db (el nivel es Y)

7. Calcular el factor de acoplamiento que será X-Y en db. 8. Con cuidado, desconectar ahora el detector de la puerta auxiliar 3 y la terminal de

acoplamiento de la puerta 2, sin influenciar la configuración realizada. 9. Conectar la terminal de acoplamiento a la puerta auxiliar 3 y el detector a la puerta 2 y medir

la tensión de relación de onda estacionaria (VSWR). Supongamos que sea Z. 10. Calcular las pérdidas de inserción X-Z en db. 11. Repetir los pasos del 1 al 4 12. Conectar el acoplador direccional en sentido inverso, es decir, la puerta 2 al lado del

frecuencímetro, la terminal de acoplamiento a la puerta 1 y el detector a la puerta 3, sin variar la posición del moderador variable y el alcance del aparato (fig. 7b).

13.Medir y anotar las lecturas en el aparatoVSWR, sean ellas Yd 14.Calcular la direccionalidad como Y-Yd.

15. Repetir el mismo experimento para otras frecuencias.

DL 2594A

ver b20070730 34

Página en blanco

DL 2594A

ver b20070730 35

8. ESTUDIO DEL RACOR EN T

Módulos necesarios Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, terminal de acoplamiento, racor en T, aparatoVSWR, soporte para guías de onda.

Teoría El racor en T es una combinación de los racores planos E y H. El brazo 3, el brazo H, forma una H plana y el brazo 4, el brazo E forma una E plana, en combinación con los brazos 1 y 2 de lado o de la misma línea. Si la potencia alimenta el brazo 3 (brazoH) el campo eléctrico se divide en igual medida entre el brazo 1 y 2 con la misma fase y no existirá ningún campo eléctrico en el brazo 4. Si la potencia alimenta al brazo 4 (brazo E) es dividida en igual medida entre los brazos 1 y 2

Fig 1 Racor en T

Los principales parámetros para medir en un racor T se definen enseguida: A. Ingreso VSWR Valor de SVWR correspondiente a cada puerta, como una carga de línea hasta que las otras puertas son cerradas con cargas de acoplamiento B. Aislamiento El aislamiento entre los brazos E y H es definido como la relación de la potencia suministrada por el generador unido al brazo E (puerta 4) y la potencia determinada al brazo H (puerta 3) cuando los brazos laterales 1 y 2 son cerrados con cargas de acoplamiento: Entonces, AISLAMIENTO (db)= 10log10[P4/P3] En forma análoga el aislamiento puede ser definido entre las otras partes. C. Coeficiente de acoplamiento

DL 2594A

ver b20070730 36

Es definido como Cij = 10-α/20 Donde α = moderación/aislamiento en db, “i” es el brazo de ingreso y “j” en brazo de salida. Resulta entonces que α = 10 log10[Pi/Pj] Donde Pi es la potencia distribuida por el brazo “i” y Pj es la potencia determinada por el brazo “j”.

Fig. 8a

Fig. 8b

1

34

2

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-MGT Magic Tee

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-SWR SWR meter

2594-MTT Matched termination

2594-MTT Matched termination

1

43

2

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-MGT Magic Tee

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-SWR SWR meter

2594-MTT Matched termination

2594-MTT Matched termination

DL 2594A

ver b20070730 37

Procedimiento:

A. Medida del VSWR de las puertas

1. Organizarlos componentes como en la fig. 8ª, teniendo el brazo E hacia la línea ranurada y las terminales de acoplamiento en las otras puertas.

2. Alimentar la fuente de microondas en la frecuencia para las operaciones y ajustar el elevador para obtener la máxima señal en salida.

3. Medir la tensión de relación de onda estacionaria (VSWR) del brazo E como se ha descrito en el experimento “medida de relación de onda estacionaria para valores medios y bajos”,

4. Unir otro brazo a la línea ranurada, y cerrar las otras puertas con las terminales de acoplamiento. Medir el VSWR como se describió anteriormente. Análogamente la relación de onda estacionaria (SWR) puede ser medida para cualquier puerta.

B. Medida del coeficiente de aislamiento y de acoplamiento 1. Quitar la sonda y el racor en T de la línea ranurada y unirlos al elevador. 2. Alimentar la fuente de microondas, en la frecuencia para las operaciones y ajustar el

elevador para obtener la máxima señal en salida. 3. Utilizando el moderador variable y el control del alcance del instrumento VSWR, fijar

cualquier nivel de potencia y anotarlo, sea ese P3.

4. Sin variar la posición del moderador variable y de la manopla del alcance, poner el racor en T después de la línea ranurada, uniendo el brazo H a la línea, el detector al brazo E y las terminales de acoplamiento a las puertas 1 y 2. Anotar la lectura del aparato VSWR, sea ella P4 P4 ( (fig.8b)

5. Determinar el aislamiento entre las puertas 3 y 4 como P3-P4 in db. 6. Determinar el coeficiente de acoplamiento mediante la ecuación descrita en la parte teórica. 7. El mismo experimento puede ser repetido también para las otras puertas. 8. Repetir el anterior experimento para otras frecuencias.

DL 2594A

ver b20070730 38

Página en blanco

DL 2594A

ver b20070730 39

9. ESTUDIO DEL AISLADOR Y DEL CIRCULADOR

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, terminal de acoplamiento, aparato VSWR, soporte para guías de onda, línea ranurada, aislador y circulador de prueba.

Teoría: Aislador El aislador es un dispositivo con dos puertas que transfiere energía desde el ingreso hacia la salida con una moderación mínima, y desde la salida hacia la entrada con una moderación muy elevada.

Circulador El circulador es definido como un dispositivo con puertas coordinadas de manera que la energía entrante por una puerta es acoplada con la adyacente, pero no con las otras. Observando la fig. A, la onda incidente en la puerta 1 es acoplada sólo con la puerta 2, una onda incidente en la puerta 2 es acoplada sólo con la puerta 3, y así sucesivamente.

Enseguida se señalan los parámetros para el estudio del aislador y del circulador.

A. Pérdidas de inserción La relación entre la potencia dada por la fuente en la puerta de ingreso y la potencia determinada por el detector en el brazo acoplado, es definida como pérdida de inserción o potencia inversa.

DL 2594A

ver b20070730 40

B. Aislamiento Es la relación entre la potencia del brazo de ingreso y la potencia determinada sobre una puerta no acoplada, con las otras puertas cerradas por cargas de acoplamiento.

C. WVSWR de ingreso La tensión de relación de onda estacionaria de un aislador o de un circulador es la relación entre la tensión máxima y la tensión mínima de la onda estacionaria existente sobre la línea cuando una de las puertas termina la línea y las otras puertas tienen terminales de acoplamiento. NOTA: En un circulante, si la puerta que no está acoplada con la puerta de ingreso está cerrada por una terminal de acoplamiento, podemos obtener un aislador (dispositivo con dos puertas).

Procedimiento: A. Medida del VSWR de ingreso

Fig.9a

1. Organizar los componentes como en la fig. 9ª con la puerta del circulador o del aislador

hacia la línea ranurada y la carga de acoplamiento hacia las otras puertas. 2. Alimentar la fuente de microondes en la frecuencia para las operaciones 3. Utilizando la línea ranurada, la sonda y el VSWR hallar el valor de relación de onda

estacionaria (SWR) del aislador o del circulador como se describió en el ejercicio en el experimento “medida de relación de onda estacionaria para valores medios y bajos”.

4. El ejercicio anterior puede ser repetido para otras puertas u otras frecuencias.

21

3

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin Modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-TCR Circulator

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-SWR SWR meter

2594-DTM Matched termination

DL 2594A

ver b20070730 41

B. Medida de las pérdidas de inserción y aislamiento.

Fig. 9b

Fig. 9c

Fig. 9d

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin Modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-SWR SWR meter

2594-TNP Tunable probe

21

3

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin Modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-TCR Circulator

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-SWR SWR meter

12

3

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin Modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-TCR Circulator

2594-MTT Matched termination

2594-TNP Tunable probe

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-SWR SWR meter

DL 2594A

ver b20070730 42

1. Quitar la sonda y el aislador o el circulador de la línea ranurada, y conectar el detector. La salida del detector debe estar conectada al aparato VSWR (fig.9b).

2. Alimentar la fuente de microondas de forma tal que se obtenga la máxima salida para la frecuencia establecida. Ajustar el detector de forma tal que permita obtener la máxima salida en el aparato VSWR.

3. Regular un nivel de potencia cualquiera en el aparato VSWR mediante el moderador variable y las manoplas de control del alcance. Sea esta P1

4. Quitar el detector de la línea ranurada sin alterar la posición del moderador variable y del alcance, insertar el circulador o el aislador entre la línea ranurada y el detector, poniendo la puerta de ingreso hacia la línea ranurada y el detector en su salida. Una terminal de acoplamiento debería estar en la tercera puerta en el caso de utilizar el circulador (fig. 9c).

5. Registrar las lecturas en el aparato VSWR. Si es necesario, cambiar la capacidad de los db a un valor superior o inferior y cambiar la lectura de 10db para cada step de variación del rango. Sea esta P2

6. Calcular las pérdidas de inserción como P1-P2 in db 7. Para la medida del aislamiento el circulador o el aislador deben estar unidos en modalidad

inversa, es decir, la puerta de salida en la línea ranurada y el detector en la puerta de ingreso, con la otra puerta cerrada por una terminal de acoplamiento (en el caso del circulador). Después de que se fije un nivel de referencia sin el aislador o el circulador como se explicó en la medida de las pérdidas de inserción. Tendremos así el nivel P1 )fig.9d.

8. Quitar la lectura del VSWR insertando el aislador o el circulador como se explicó en el punto 7. Esta será P3

9. Calcular el aislador como P1-P3 in db 10. El mismo experimento puede ser seguido para otras puertas del circulador. 11. Repetir el anterior experimento para otras frecuencias, si se requiere.

DL 2594A

ver b20070730 43

10. ESTUDIO DE LOS MODERADORES (FIJO Y VARIABLE)

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislante, frecuencímetro, moderador variable, sonda compatible, terminal de acoplamiento, aparato VSWR, soporte para guías de onda, línea ranurada, moderadores de prueba.

Teoría: Los moderadores son dos dispositivos bidireccionales que moderan la potencia cuando están insertos a lo largo de la línea de transmisión. Moderación “a” (db)= 10 log10[P1/P2] Donde P1-potencia consumida o determinada por la carga sin el moderador en línea P2-potencia consumida o determinada por la carga con el moderador en línea El moderador consiste en una guía de onda rectangular con un vacío o espacio resistente en su interior para absorber la potencia de las microondas siguiendo la posición respecto a los lados laterales de la guía de onda. Como el campo eléctrico que es el máximo en el centro en la modalidad TE10, la moderación será máxima si el espacio es decreciente. En un moderador fijo la posición del cano es fija, al contrario, en el moderador variable la posición puede ser variada mediante un micrómetro, u otros dispositivos. Las siguientes características de los moderadores pueden ser estudiadas de nuevo: VSWR de ingreso Pérdidas de inserción (en caso de moderadores variables) Moderación en línea Sensibilidad a la frecuencia, es decir, variación de la moderación en cada punto del vano, al

variar la frecuencia

DL 2594A

ver b20070730 44

Procedimiento: A. Medida del VSWR de ingreso

Fig. 10a

1. Organizar los componentes como se muestra en la fig.10ª 2. Alimentar la fuente de microondas en forma tal que se obtenga la máxima salida establecida

para las frecuencias. 3. Medir la VSWR con la sonda compatible, la línea ranurada y el aparato VSWR, como se

describió en el ejercicio en el experimento “medida de relación de onda estacionaria para valores medios y bajos”.

4. Si se requiere repetir los pasos anteriores para otras frecuencias. B. Medida de las pérdidas de inserción y aislamiento.

Fig.10b

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-FXA Fixed attenuator

2594-TNP Tunable probe

2594-SWR SWR meter

2594-MTT Matched termination

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-SWR SWR meter

DL 2594A

ver b20070730 45

Fig.10c

1. Quitar la sonda, el moderador y la terminal de acoplamiento de la sección ranurada de la anterior configuración.

2. Unir el detector a la línea ranurada y regular el detector para obtener el máximo valor en el aparato VSWR (fig. 10b).3.

3. Regular un nivel cualquiera en el aparato VSWR con la ayuda del moderador variable y de las manoplas del alcance. Sea esta P1

4. Desconectar el detector de la línea ranurada sin variar ninguna otra posición de la anterior configuración. Poner el moderador de prueba al final de la línea ranurada y el detector en la otra puerta y testar la moderación variable. Regular la lectura del micrómetro del moderador en cero y leer el valor de VSWR. Sea esta P2. Entonces las pérdidas de inserción del moderador serán P1-P2 db (fig. 10c).

5 Para la medida de la moderación de un moderador fijo o variable después del punto 4 de la anterior medición desconectar el detector de la línea ranurada sin cambiar ningún parámetro, respecto a aquellos del punto 3. Poner el moderador de prueba después de la línea ranurada y el detector en la otra puerta del moderador de prueba. Seguir la lectura del instrumento VSWR. Sea esa P3. Entonces el valor de moderación del moderador fijo o del moderador variable en una determinada posición del micrómetro será P1-P3 db.

6 En el caso del moderador variable, variar la lectura del micrómetro y determinar el valor de VSWR. Hallar el valor de moderación para diferentes posiciones del micrómetro y diseñar un gráfico del desarrollo.

7 Cambiar entonces la frecuencia operativa y todos los pasos anteriores deberán ser repetidos para hallar la sensibilidad en frecuencia de un moderador fijo o variable.

NOTAS: Para la medida de la sensibilidad en frecuencia de un moderador variable la posición del micrómetro del moderador debe permanecer fija al variar la frecuencia.

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-STS Slotted section

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-FXA Fixed attenuator

2594-SWR SWR meter

2594-DTM Tunable Detector mount

DL 2594A

ver b20070730 46

Página en blanco

DL 2594A

ver b20070730 47

11. TRANSMISIÓN DE LAS MICROONDAS EN EL CABLE COAXIAL

Módulos necesarios: Alimentador del oscilador Gunn, oscilador Gunn, Modulador Pin, aislador, frecuencímetro, moderador variable, moderador fijo, detector de microondas, aparato VSWR, dos adaptadores de guía de onda y cable coaxial, cable coaxial.

Teoría: El transporte de las microondas en el cable coaxial es muy semejante al transporte en el aire, en el sentido que el receptor y el transmisor son sustancialmente antenas ( con amplitud igual a un cuarto de la amplitud de onda), que escogen la señal de la guía, la transmiten al cable y luego la retransmiten a la guía mediante otra antena semejante a la primera. Naturalmente tal transmisión no está privada de pérdidas, debidas a la moderación como causa de la inserción de los adaptadores y de la resistencia del medio de transmisión (cable coaxial).

Fig. 11a

Fig. 11b

2594-GPS Gunn Power supply

2594-GNO Gunn oscillator

2594-PMD Pin modulator

2594-CXA Coaxial waveguide

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-CXA Coaxial waveguide

2594-SWR SWR meter

2594-FXA Fixed attenuator

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-GPS Gunn Power supply

2594-PMD Pin modulator

2594-FXA Fixed attenuator

2594-ISO Isolator

2594-FQMFrequency meter

2594-VRAVariable attenuator

2594-SWR SWR meter

2594-DTM Tunable Detector mount

2594-GNO Gunn oscillator

DL 2594A

ver b20070730 48

Procedimiento:

1. Organizar los componentes y los instrumentos como se muestra en la fig. 11 a. 2. Poner el moderador variable aproximadamente en la mitad de su trayectoria. 3. Regular las manoplas del VSWR de la siguiente manera:

Capacidad db (range db) 50 (si es necesario aumentar la moderación) Selector de ingresos (input switch Cristal de baja impedancia Interruptor aparato (meter switch) Normal (normal position) Alcance (gain coarse &fine) Todo en sentido horario

4. Regular las manoplas del control del Gunn como sigue: Interruptor para el aparato (meter switch) V(Volt) Manopla para la tensión del radio Girar hacia la izquierda Manopla de bies del pin (pin bias knov) Girar hacia la izquierda Modulación de frecuencia del pin Cualquier posición

5. Encender el alimentador del Gunn, el aparato VSWR 6. Ajustar el micrómetro del oscilador Gunn en la frecuencia requerida para las operaciones. 7. Operando sobre la manopla aumentar el bies del Gunn hasta un máximo de 10V. 8. Girar la manolpa del bies del pin casi hasta su posición máxima. 9. Ajustar la salida máxima del aparato VSWR mediante el control de la frecuencia del

modulador y eventualmente ajustando el transmisor (mediante del micrómetro del Gunn) y receptor(por medio de la abrazadera del detector).

10. Operando sobre el moderador variable y sobre el control del alcance, hacer que la indicación de la moderación en db en el aparato WSVR sea “0”.

11. En este punto, poniendo atención de no cambiar ninguna posición abrir el circuito después del frecuencímetro e insertar ahí los dos adaptadores de guía de onda coaxial y unirlos con el cable apropiado fig. 1b

12. Entonces en el instrumento se indicará la moderación debida al paso de las guías de onda a lo largo del cable coaxial, sumada también a la moderación dada por la inserción de los dos nuevos componentes.

13. En caso de que la moderación resultase demasiado elevada, variar el rango del aparato, acordándose de alcanzar 10db para cada step.