TECREF

PRACTICA DE LABORATORIO N 3
TECNICAS DE REFLECTOMETRIA
Objeto:
Familiarizarse con las técnicas de medición de impedancia y coeficiente de reflexión
Introducción:
La determinación de las impedancias en altas frecuencias se realiza generalmente a través
de la medición del coeficiente de reflexión correspondiente, en lugar de la medición individual de las
tensiones y corrientes. Debido a que el coeficiente de reflexión se define como el cociente de la
tensión reflejada a la incidente, será necesario separar cada una de estas componentes; esta
función se lleva a cabo por medio del acoplador direccional. A frecuencias de microondas, se
utilizan acopladores direccionales en guía de ondas, pero a frecuencias menores se utilizan
versiones coaxiales o de microlíneas, según sea necesario.
Un acoplador direccional coaxial o de microlíneas basa su funcionamiento en la inducción, de
parte de la onda de la línea principal, en la línea secundaria la cual se encuentra inmersa dentro de
los campos de la primera. La figura 3 muestra un acoplador direccional coaxial doble (un
reflectómetro).
1
Línea
Secundaria
Línea
Principal
carga
Cubierta
Metálica
Generador
Línea
Secundaria
2
Fig. N° 1
EIE/UCV
20
LJF/ljf/mr/lc
En los puertos 1 y 2, se obtienen tensiones, que son proporcionales respectivamente a la
onda incidente y reflejada, asumiendo que el generador y la carga se encuentran en las posiciones
indicadas. Las resistencias indicadas, son utilizadas como terminaciones acopladas para las líneas
secundarias, con la finalidad de evitar reflexiones indeseables que perjudicarían la precisión de la
medida.
La figura 2 representa un corte lateral del reflectómetro, y en la misma se observa como las
líneas de flujo magnético, de la línea principal, abrazan las secundarias e inducen tensiones en las
mismas.
L ín e a
P rin cip a l
L ín e a s
S e cu n d a ria s
Fig. N° 2
Similarmente, también existe inducción por parte de las líneas del campo eléctrico. La
tensión inducida en la línea secundaria está relacionada con la de la principal a través del factor de
acoplamiento. Este último depende a su vez de la geometría de la estructura, es decir: dimensiones
de los conductores, disposición física y separación, etc. Esto es igualmente válido para el caso de
acopladores direccionales con microlíneas (strip-lines).
El patrón de ondas estacionario:
Cuando una onda se está propagando a lo largo de una línea, simultáneamente sufre un
desfasaje dado por el producto ßX; donde ß es la constante de fase y X es la distancia recorrida.
Cuando la onda llega a la carga, en general se producirá una onda reflejada, que se propaga hacia
atrás de igual forma. Estas ondas se combinan a lo largo de la línea para producir la tensión total;
sin embargo, esta resultante no sólo depende de las amplitudes de las ondas componentes, sino
también del ángulo de fase entre ellas, el cual varía a lo largo de la línea, debido a las diferencias
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
de trayecto recorrido por cada una. En consecuencia, la tensión r.m.s. a lo largo de línea no es
constante, sino que varía de forma cíclica, pues presenta máximos y mínimos, los cuales se
producen cuando las ondas están en fase o contrafase, respectivamente. Ver figura N° 3.
Te n s ió n
In c i d e n te
Te n s ió n
R e fl e j a d a
Te n s ió n
T o ta l
T e n s i ó n T o ta l
r.m .s .

Figura N° 3
Estos máximos y mínimos quedan ubicados en posiciones fijas sobre la línea, para una
carga y una frecuencia dada. Es por ello que la representación de la tensión r.m.s., en función de la
posición sobre la línea, recibe el nombre de "patrón de ondas estacionario", donde se establece que
el patrón es estacionario, no las ondas. La distancia desde los mínimos (o los máximos) a la carga
es función del desfasaje entre las ondas incidente y reflejada en la carga, es decir, del ángulo del
coeficiente de reflexión en la carga.
Si se sustituye la carga por un generador de la misma frecuencia del que produce la onda
incidente, de nuevo se obtendrá un patrón estacionario similar al ya descrito. En este caso, la
posición de los máximos y mínimos está determinada por el ángulo de fase entre los generadores y
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
la longitud de la línea. La figura N° 4 muestra el patrón obtenido sobre una línea de 0,5 alimentada
por dos generadores.
 
Gen. A
Gen. B

Fi
g. N° 4
La distancia
entre el mínimo y el generador b es una función del ángulo de fase entre el
generador a y el b.


2


 Va , Vb

2
En la medida que (Va, Vb) varía de 0 a 2,  varía de 0 a /s. Por tanto, si se mide la
distancia  se puede conocer el desfasaje entre los generadores
El Diágrafo Z-g
Los conceptos mencionados anteriormente constituyen los principios fundamentales en los
cuales se apoya el funcionamiento de un reflectómetro conocido con el nombre de Diágrafo Z-g (del
griego: día = a través; graphein = dibujar). Básicamente, el diágrafo es un medidor del coeficiente
de reflexión , el cual muestra en forma gráfica con ayuda de un haz luminoso sobre un plano polar.
Dependiendo del problema específico de medida, este coeficiente de reflexión puede transformarse
a impedancia o admitancia, con ayuda de una carta de Smith, o leerse directamente sobre un papel
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
polar. Todas estas gráficas están realizadas en plástico transparente para ser montadas
directamente sobre la pantalla del aparato.
El funcionamiento específico se basa en la comparación de la potencia incidente a la
impedancia incógnita, con la potencia reflejada de la misma. Para ello posee dos acopladores
direccionales, uno colocado en la línea coaxial de referencia, y el otro colocado en la línea coaxial
de pruebas (coaxial test line). El acoplador montado en la línea de referencia induce, en una carga
acoplada en su línea secundaria, una tensión proporcional a la potencia incidente, mientras que el
conectado a la línea de pruebas, induce una tensión proporcional a la potencia reflejada de la
carga. El coeficiente de reflexión se obtiene de la comparación de estos dos voltajes.
La tensión en la carga terminal del acoplador de la línea de pruebas, se divide por la del
acoplador de la línea de referencia mediante un medidor de relación, y la señal obtenida se utiliza
para hacer girar un galvanómetro de espejo, obteniéndose así una deflexión del punto luminoso en
la pantalla proporcional al módulo del coeficiente de reflexión.
Si se coloca una carta de Smith en la pantalla y se ha ajustado previamente la tensión de
alimentación, para que la deflexión correspondiente a un cortocircuito sea "1" (el haz luminoso cae
sobre el borde de la carta), al colocar una carga cualquiera, la deflexión indicará directamente al
módulo del coeficiente de reflexión. Durante la calibración con el cortocircuito, el indicador de
tensión de referencia (Reference Voltage Cor.) se debe ajustar hasta que el indicador
correspondiente esté en 100%.
El siguiente sistema describe en forma somera el circuito de medición del módulo de .
EIE/UCV
24
LJF/ljf/mr/lc
Línea de
referencia
cortocircuito
Red de
separación
Acopladores direccionales
Línea de
prueba
100%
carga
T ensión de
Referencia
V
1
Fuent e
de luz
V2
P antalla transparente
Galvanómet ro
de espajo
Fi
g. N° 5
La señal de entrada, proveniente del generador externo, es inyectado tanto a la línea de
referencia como a la de prueba. Los acopladores direccionales conectados a estas líneas tienen la
misma longitud eléctrica, por lo que introducen desfasaje adicional. La señal en la línea de
referencia se refleja totalmente en el cortocircuito colocado al final (el coeficiente de reflexión es
1180°). Por tanto, la señal inducida en el acoplador es proporcional a la onda incidente (porque
G = 1) y tiene un desfasaje de 180°.
En el acoplador de la línea de pruebas, se induce una señal proporcional a la onda reflejada
desde la carga (ambos factores de proporcionalidad son iguales)). Para la obtención del coeficiente
de reflexión estas señales son convertidas a frecuencia intermedia y aplicadas al medidor de
cociente. Durante la conversión a F.I. el ángulo de fase entre las señales de los acopladores se
conserva, de tal forma de las señales V1 y V2, correspondientes a las ondas incidente y reflejada
respectivamente, guardan entre sí la misma relación de fase que las ondas originales.
Similarmente, la relación de magnitudes se conserva y por tanto, el cociente V2/V1, es
directamente el módulo del coeficiente de reflexión. El medidor de cociente está constituido por dos
detectores de envolvente, para las señales V1 y V2 respectivamente, un atenuador, el
galvanómetro de "Tensión de referencia", y el galvanómetro de espejo, que proyecta el haz
luminoso en la pantalla. La calibración se hace de la siguiente manera: se termina la línea de
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
pruebas en un cortocircuito, se ajusta la tensión de entrada (y la sintonía del oscilador local) hasta
que el haz luminoso llegue justo al borde de la escala; se ajusta al atenuador (Reference voltage
cor.) hasta que el galvanómetro indique 100%.
En estas condiciones se tiene que la tensión incidente y la reflejada son iguales (en módulo),
y entonces el galvanómetro de "Tensión de referencia" indicará la tensión incidente, y el haz
luminoso la reflejada. Si ahora se sustituye el cortocircuito por la carga, se vuelve a ajustar la
tensión de entrada hasta que se lea 100% "Tensión de referencia" en la pantalla se puede leer
directamente la magnitud del coeficiente de reflexión (con ayuda de la carta polar).
Medición del ángulo de fase del coeficiente de reflexión
Dentro del diágrafo existe una línea de transmisión construida con parámetros concentrados,
que tienen una longitud eléctrica de 0,5 a la frecuencia intermedia. Esta línea tiene forma circular
y está provista de un cursor, que toma una muestra de la tensión total para llevarla a un instrumento
de medición. El cursor puede desplazarse por medio de un juego de engranajes conectados a la
pantalla del diágrafo.
Las tensiones V1 y V2 son aplicadas, respectivamente a cada uno de los extremos de esta
línea. Esto produce un patrón de máximos y mínimos a lo largo de la línea según se explicó
anteriormente.
Esto se muestra en el gráfico de la figura N° 6.
L ín e a a r ti fi c i a l
Red
V
2
D e s fa s a d o r a
V
1
Aj u s te d e
fa s e y
fr e c u e n c i a
Fig. N° 6
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
A medida que se hace girar la carta, el cursor se mueve permitiendo observar el patrón de
máximos y mínimos en el instrumento "Ajuste de fase". De nuevo, la calibración se hace con un
cortocircuito. En estas condiciones el ángulo del coeficiente de reflexión es 180°, entonces, se
coloca la carga de tal forma que el haz luminoso coincida con esta posición. A continuación se varía
el control "Reference phase cor”, de la red desfasadora hasta que el instrumento indique un
máximo. Luego, al sustituir el cortocircuito por la carga, se gira la carta hasta conseguir de nuevo el
máximo, y el punto luminoso queda indicando la verdadera fase de la carga.
Medición de impedancias de difícil acceso
En ocasiones no es posible conectar la carga directamente a la línea de pruebas del
diágrafo, como por ejemplo, cuando se mide una antena que está colocada en lo alto de una torre.
Entonces se hace necesario tomar en cuenta los efectos del trozo de cable que une la antena al
instrumento. Esto puede hacerse muy fácilmente, debido a la forma en que se mide la tensión
incidente en la carga, con este instrumento. Si se colocan dos cables iguales (o sea, que tengan la
misma longitud y la misma atenuación), a las líneas de referencia y prueba respectivamente, los
efectos de cada uno de ellos se cancelarán en el diágrafo, y el coeficiente de reflexión medido será
el correspondiente a la carga.
Instrucciones para el uso del diágrafo Z-g
Ojo: para cualquier cambio de lugar del diágrafo Z-g se debe colocar el contacto de
encendido en Off, a fin de bloquear el mecanismo de espejo, el cual es muy delicado.
Los números en paréntesis se refieren al dibujo que está al final de la guía.
1. Encienda el instrumento. No aplique todavía tensión de RF desde el generador externo.
2. Calibre el punto luminoso en el punto central de la carta por medio de los tornillos (15) y
(16).
3. Para colocar las cartas transparentes hale hacia afuera el aro (17); a continuación
coloque la carta deseada alineándola con la referencia adecuada, y presione hacia adentro el aro
(17). Si interesa colocar la carta de Smith de impedancia, alinee el valor 0 sobre la línea negra de la
pantalla; si es la admitancia alinee el valor  . En el caso de la carta polar, el valor 180° debe
alinearse con la línea negra. Además de estas cartas existen versiones expandidas de las mismas,
las cuales usan conjuntamente con la posición SPREAD del selector de funciones.
4. Ajuste el Diágrafo en amplitud y fase.
Nota: ajustes se han de repetir al cambiar la gama de frecuencias, o cuando se realiza una
gran cantidad de medidas. El ajuste se hace terminando en cortocircuitos tanto la línea de
referencia como la de prueba.
a) Ajuste de amplitud
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
Se conecta la salida del generador externo a la entrada correspondiente (14) del medidor. (La
amplitud de la señal no debe sobrepasar los 5V).
Una vez colocado el generador en la frecuencia deseada se situará el selector
"FREQUENCY RANGE" (12) en la escala adecuada. Se procede a sintonizar el oscilador local por
medio del control 10 (Sintonía: grueso y fino); el botón (3) del detector debe estar afuera. Durante la
sintonización la aguja del detector (4) tiene movimientos de vaivén; la sintonización se logra cuando
la misma se estaciona en la zona roja, en el control de la escala. Si el selector de gamas de
frecuencia no está correctamente ajustado, o se está seleccionando la frecuencia imagen, no será
posible lograr esta condición.
Una vez sintonizado, ajuste la señal del generador externo hasta que el centro del punto
luminoso se sitúe en el circuito exterior de la carga. Ajuste la perilla REFERENCE VOLTAGE COR.
(5), hasta que el indicador de referencia (6) llegue a 100%. En caso de que se varíe la frecuencia
del generador externo habrá que repetir estos ajustes.
b) Ajuste de fase
Con ayuda del control PHASE ADJ (13) gire la carta hasta que el centro del punto luminoso
se encuentre en Z = 0+j0 (en medición de impedancia) o en Y =  (para admitancia). La pantalla de
plástico debe estar en tal forma, que la línea negra esté en el lado hacia el cual se desvíe el punto
luminoso.
Apriete el botón (3), y mueva el control PHASE ADJ hasta que el medidor indique máxima
deflexión; durante este ajuste gire la carta. Para verificar el ajuste, determine el máximo otra vez
dándole a la carta una vuelta completa. El diágrafo está listo para medir si se obtiene una deflexión
máxima del medidor 4, cuando el punto aparece en el mismo sitio que anteriormente, y
adicionalmente el medidor (6) indica 100% y no ha variado la sintonía (el botón 3, afuera y en la
zona roja).
5. Sustituya el cortocircuito de la línea de pruebas por la carga incógnita. Ajuste la tensión de
entrada para que el medidor de referencia permanezca a 100%. Con el botón (3) hundido gire la
carta hasta alcanzar un nuevo máximo en el indicador (4). El punto luminoso indicará la impedancia
(o admitancia) en la carta de Smith. Para valores de admitancia muy cercanos al centro, use una
carta expandida y la posición SPREAD del selector de funciones.
Diágrafo Z-g
EIE/UCV
28
LJF/ljf/mr/lc
Select or de
Detector (3)
Indicador de ajuste
de fase y frecuencia
Medidor de
referencia (6)
(4)
Pantalla (2)
Marco (17)
Ref. Vol. Corr. (5)
Encendido y
select or de funciones
Ajust e de fase (13)
(18)
Sintonía (10)
Línea de
Referencia
Línea de
prueba
Cero del
Galvanómet ro
Cambio de banda
Entrada de R.F.
(15 y 16)
TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO
a) Medición de la impedancia de entrada de una antena
Mida la impedancia de entrada de la antena "Corner Reflector" en la gama de 450 a
1200 MHz. Tome suficientes valores para trazar una curva (mínimo 15 valores). Lleve sus
resultados a una carta de Smith
b) Medición de impedancia de difícil acceso
Repita una de las mediciones anteriores pero intercalando un trozo de cable coaxial en la
línea de pruebas. Repita, agregando además, otro cable coaxial (de la misma longitud eléctrica) a
la línea de referencia. Compare sus resultados.
Conclusiones y comentarios finales.
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