mderoe

PRACTICA DE LABORATORIO N 2
MEDICION DE ROE EN MICROONDAS
Introducción:
Las cargas para frecuencias de microondas, en la práctica, casi nunca se conocen
completamente, debido principalmente a los problemas que existen para medir la fase. Por tanto
se prefiere especificar las características de la carga en función de un parámetro indirecto, el ROE,
el cual está relacionado con la magnitud del coeficiente de reflexión perdiéndose la información de
la fase.
Objetivo:
Mostrar al estudiante algunos métodos utilizados para la medición del ROE. Adicionalmente
se medirán varias cargas que los estudiantes deberán traer construidas.
Construcción de una reactancia para microondas:
Cada grupo de estudiantes deberá traer construidos dos elementos reactivos del tipo
"ventana" diseñadas para frecuencias distintas.
Las ventanas pueden fabricarse en papel de aluminio, del mismo tamaño del flange de la
guía de onda. Las dimensiones del mismo se muestran en el dibujo anexo, así como la posición en
que quedará una ventana.
La impedancia de cada ventana deberá ser calculada en el momento de fabricarla y este
dato deberá acompañarla para comparar con las mediciones del laboratorio. Para tales efectos el
estudiante debe consultar el ANEXO C de la guía de prácticas. De las curvas indicadas en los
referidos anexos se determinará el valor de la susceptancia en función de la geometría de la
ventana, de la longitud de onda guiada g y del modo fundamental que se propaga en la guía de
onda. La frecuencia de trabajo debe estar en la banda X ( 8,5 – 12 GHz.)
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
42 m m
22 m m
32 m m
42
mm
32
10 m m
mm
Ve n ta n a d e Al u m i n i o
+
Fla n g e
=
C o n j u n to
El Medidor de Ondas Estacionarias (MOE):
El método utilizado en esta práctica para la medición del patrón de ondas estacionarias es a
través de un generador de microondas modulado en conjunto con un detector y un amplificador. El
medidor de ondas estacionarias es simplemente un amplificador sintonizado a 1 kHz cuya escala
está graduada tomando en cuenta las características cuadráticas de un diodo detector. El M.O.E.
se utiliza en conjunto con una guía ranurada y una punta de pruebas provista de un cristal detector.
La escala está construida de manera que el instrumento se comporta como un medidor de cociente
(RATIO METER).
2
S W R4
4
5
10
8
4
6
dB SW R
1
3
2
0
10
Escala del medidor de ondas estacionarias.
Si se quiere conocer la relación entre dos valores de campo eléctrico se procede de la
siguiente manera: se aplica primero el valor mayor al instrumento y por medio de los controles de
ganancia del mismo se lleva la deflexión de la aguja al valor de 1 (plena escala) (0 dB).
A
continuación se sustituye la entrada por el valor menor y la deflexión de la aguja indica directamente
el cociente en la escala marcada SWR (Standing Wave Ratio).
EIE/UCV
13
LJF/ljf/mr/lc
Si interesa el valor en unidades logarítmicas el mismo instrumento tiene una escala marcada
dB ROE (dB SWR) de lectura directa. Si la deflexión de la aguja es muy pequeña se puede pasar a
otra escala haciendo uso de un atenuador calibrado en pasos de 10 dB. Al hacer uso de este
atenuador deben tenerse en cuenta las siguientes precauciones: 1) por cada paso girado hacia la
izquierda las lecturas de la escala de dB SWR han de incrementarse en 10 dB. 2) para la escala de
SWR el hecho de cambiar el atenuador en un paso hacia la izquierda cambia la escala en un factor
de 3,16; para evitar cálculos existe una escala ya multiplicada por 3,16, inmediatamente debajo de
la escala de SWR y las medidas se hacen entonces en esta escala.
Con un segundo paso a la izquierda se retorna a la escala original pero los valores han de
multiplicarse por 10. Y así sucesivamente.
Las indicaciones del MOE han sido concebidas para utilizarse en conjunto con una guía
ranurada y una punta de prueba provista de un cristal detector; la escala del instrumento se diseña
de manera tal que la indicación de la deflexión sea la relación del campo eléctrico máximo al campo
eléctrico mínimo y así obtener directamente el ROE. Sin embargo, el instrumento puede utilizarse
con dos valores cualesquiera y las radicaciones serán siempre el cociente del mayor entre el
menor. Esto nos permitirá usar el instrumento con otros equipos diferentes a la guía ranurada.
El Acoplador Direccional:
Este es un dispositivo que consiste en una guía de onda denominada "Guía Principal" (MAIN)
la cual lleva adosada una guía lateral que actúa como derivación (para potencia) y que es llamada
"Guía Secundaria o lateral" (SECONDARY). Entre las 2 guías el acoplamiento se realiza a través de
unos agujeros existentes entre ambas, en la pared común, la potencia que se desvía por la guía
lateral es una fracción pequeña de la potencia que entra a la guía principal en la dirección indicada
en el dibujo.
Cualquier señal que entre a la guía principal en dirección contraria, inducirá en la guía
secundaria una señal en esa misma dirección, la cual se disipará en la carga acoplada que está al
final de la guía secundaria.
Ca rg a
P
s
G u í a s e c u n d a r i a (S E C O N D A R Y )
P
M
G u í a P r i n c i p a l (M A I N )
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
La relación entre la potencia Ps y la potencia que entra, Pm, se define como "factor de
acoplamiento" del acoplador direccional; F.A. = 10 log Pm/Ps
El factor de acoplamiento (F.A.) se define como una atenuación ya que Ps es menor que Pm.
El valor de F.A. depende del tamaño y el espaciado de los agujeros de acoplamiento entre ambas
guías de onda. Valores comerciales de F.A. son: 3, 10 y 20 dB.
Los acopladores direccionales pueden ser usados en la medición de potencia de microondas
así como en la medición de ROE.
El Reflectómetro:
Debido a las peculiaridades del acoplador direccional mostradas anteriormente el mismo se
puede usar para separar señales que viajan en direcciones opuestas en una guía de ondas. Por
tanto, usando un par de acopladores direccionales conectados "back - to - back" se pueden medir
por separado la potencia incidente y la potencia reflejada, y por tanto la pérdida de retorno, el ROE
y el módulo del coeficiente de reflexión.
Debido a las singulares características de este dispositivo, en la actualidad se dispone de
unidades especialmente construidas en las cuales la guía secundaria posee ambas salidas para la
onda incidente y la reflejada. En general, este tipo de reflectómetro se fabrica especialmente para
trabajar con un equipo externo que recibe la información de ambas guías y da automáticamente el
valor del coeficiente de reflexión incluyendo la información de fase.
En el Laboratorio se construirá un reflectómetro con dos acopladores direccionales; dos
cristales detectores, un atenuador y un MOE (Medidor de ondas estacionarias) que completan el
equipo externo para la medición. Debe recordarse que el MOE da la relación del valor mayor al
valor menor y por tanto en este caso este valor corresponderá al inverso del módulo del coeficiente
de reflexión (=). Llamando a este valor * se tiene:
* 
1

(1)
y
ROE 
EIE/UCV
1 
1 

1  1 * p * 1

1  1 * p * 1
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(2)
LJF/ljf/mr/lc
Trtabajo Práctico de Laboratorio
1) Calibración de un reflectómetro:
Objeto: comprobar la fórmula (2) de la parte teórica por medio de la comparación de los
valores de ROE medidos con la guía ranurada y con el reflectómetro.
a) Disponga el circuito indicado:
Generador de
barrido de
miccroondas
Atenuador
Acopladores direccionales
Guía
Ranurada
Salida
Frecuencímetro
Atenuador
Detectores
1
3
2
Entrada
Medidor de
Ondas estacionarias
Conecte el MOE al terminal 3. Encienda el generador de barrido de microondas y dispóngalo
para funcionar en CW con una modulación de 1 kHz. ( parte posterior del gnerador).
b) Coloque a la salida del sistema un cortocircuito. Compruebe con la guía ranurada que
ROE  . Esto quizá no pueda lograrse completamente en la práctica debido a que el valor de
Emín será menor que el nivel de ruido del amplificador del MOE, y por tanto en el mínimo existirá
aún una deflexión debido a este ruido.
c) Coloque la entrada del MOE al terminal (1) ajuste los controles para deflexión a plena
escala (valor 1,0). Conecte ahora el MOE al terminal 2 y por medio del atenuador obtenga de
nuevo plena escala. Explique en su informe a que se debe este ajuste.
d) Sustituya el cortocircuito por la carga movible y el tornillo de profundidad variable. Con la
punta totalmente hacia afuera, el tornillo no influye sobre el sistema y por tanto la carga debe estar
acoplada. Compruebe esto midiendo el ROE con la guía (3).
e) Variando la penetración del tornillo varía la cantidad de reflexión introducida en el sistema
y por tanto el valor del ROE. Compruebe esto con la guía ranurada.
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
f) Mida la frecuencia de operación, variando el Frecuencímetro hasta observar una
disminución en la lectura del MOE. Luego saque el Frecuencímetro de sintonía para que no influya
en el sistema.
g) Conecte el MOE al terminal 1, ajuste los controles para deflexión a plena escala. Cambie
2, mida *. Cambie a 3, mida ROE.
Complete la siguiente Tabla:
Tabla I
Frecuencia =
Medida N°
GHz
ROE (medido)
* + 1
*
* - 1
= ROE (calculado)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
h) Construya una curva de ROE-1 v.s. * - 1 (log-log). Compare los resultados teóricos con
los resultados medidos.
2) Medición de impedancia
Medición de Reactancia con el reflectómetro.
a) Modifique el sistema anterior de la siguiente forma:
EIE/UCV
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LJF/ljf/mr/lc
Generador de
barrido de
miccroondas
Atenuador
Acopladores direccionales
Guía
Ranurada
Coloque la
vent ana
aqui
Carga
movible
Frecuencímet ro
Atenuador
Detectores
1
3
2
Entrada
Medidor de
Ondas estacionarias
b) Coloque el MOE en el terminal 2 y ajuste la frecuencia de salida del generador a la
deseada, sirviéndose para ello del frecuencímetro.
c) Por medio del reflectómetro mida *
d) Con ayuda de la Tabla 1, calcule ROE.
e) Sirviéndose de la carta de Smith encuentre los puntos de la forma y = 1 + jB para el ROE
obtenido.
En estos puntos la admitancia es simplemente la suma de las dos admitancias: la
conductancia de la carga más la susceptancia de la ventana. Demuestre esto último. Trabaje con
valores normalizados.
f) Repita para cada una de las ventanas que usted haya traído.
g) Complete la siguiente tabla.
Tabla II
Frecuencia (GHz)
B(calculado)ROE
B(Obtenido en al Lab.)
h) Pegue sus ventanas en el informe. Conclusiones.
Conclusiones y comentarios finales
EIE/UCV
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Bibliografía.
1. Apuntes de ondas guiadas.
2. L. Fernández, Ondas guiadas (guía docente).
3. R. Collin , Field Theory of guided waves Mc Graw – Hill.
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