Sistemas de Comunicaciones II

UNIVERSIDAD DON BOSCO
FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS
COORDINACIÓN DE ELECTRÓNICA
PRACTICA DE LABORATORIO Nº 03
ASIGNATURA: Sistemas de Comunicaciones II
NOMBRE DE LA PRACTICA: Sistemas de Comunicaciones Microondas
LUGAR DE EJECUCIÓN: Laboratorio de Telecomunicaciones, Aula 3.22
DOCENTE(S): Denis Altuve / Eduardo Henríquez
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I.
OBJETIVOS
Calcular la frecuencia y longitud de onda para un sistema de microondas.
Determinar la relación existente entre frecuencia y longitud de onda en un sistema microondas.
II.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA
FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA
Conocemos que la frecuencia (f) de una señal transmitida es igual a la velocidad de propagación (c) dividida
entre la longitud de onda (λ). Un parámetro importante de una guía de onda es la frecuencia crítica, que es la
frecuencia mínima a la que una onda puede propagarse dentro de la guía de onda (ya que el modo de
propagación más bajo dentro de una guía de onda rectangular es el modo T10).
En la propagación en modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico en la dirección de
propagación es nula y se le denomina T10 a la porción del espectro electromagnético que cubre las
frecuencias entre aproximadamente 3GHz y 300GHz, que corresponde a longitudes de onda en vacío entre
10cm y 1mm.
Detector de Cristal
El detector más sensible y sencillo es un cristal de silicio o germanio puesto sobre un campo de RF. El cristal
actúa como un generador de corriente y cuando se le aplica la señal de RF, la corriente rectificada de salida es
igual al cuadrado de la tensión aplicada. El detector MW/04 está montado sobre una guía de onda con
material absorbente que no permite que haya reflexión.
Terminal MW/04
Es un dispositivo que absorbe la energía RF sin provocar reflexiones. Está constituido por un tronco de guía de
onda cerrado en cortocircuito, con un trozo de material resistivo que sale del cortocircuito y se restringe hacia
el lado abierto. El adelgazamiento causa la gradual y completa absorción de energía incidente.
Línea Ranurada
Es un trozo de guía de onda ranurada en la parte superior central, dentro de la cual se introduce una sonda
con detector de diodo montada en un carro desplazable a lo largo de la ranura. La tensión suministrada por la
sonda es proporcional a la amplitud de la onda estacionaria en las distintas posiciones a lo largo de la guía de
onda.
Frecuencímetro de Absorción
Se trata de un cilindro metálico hueco, acoplado a un trecho de guía mediante un orificio. La cavidad interna
del cilindro resuena a una frecuencia que depende del volumen de la cavidad misma.
A la frecuencia de resonancia, la cavidad absorbe la energía de la línea y la absorción puede detectarse con un
medidor al final de la guía de onda. Variando el volumen de la cavidad y registrando la posición en cuya
correspondencia se obtiene la absorción, mediante la curva de calibración del instrumento, se obtiene la
frecuencia.
Figura 2.1 Frecuencia contra lectura del micrómetro.
III.
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MATERIALES Y EQUIPO
Transmisor de microondas mod. MW/TX con fuente de alimentación.
Medidor POWER & LEVEL METER
Medidor mod. MW/ME
Guía de onda rectilínea mod. MW/01
Frecuencímetro de absorción mod. MW/03
Detector de cristal mod. MW/04
Terminal mod. MW/05
Guía ranurada mod. MW/11
Antena de bocina con ganancia de 15dB mod. MW/12
Placa de cortocircuito mod. MW/25
Atenuador variable mod. MW/08
Base móvil mod. MW/16
Reflector plano mod. MW/17
Cable de 50Ω BNC/BNC
IV.
PROCEDIMIENTO
PARTE I. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS GUÍAS DE ONDA
1. Mida las dimensiones físicas de un tramo de guía de onda.
A (m)=_____________________
B (m)=_____________________
2.
Mida las dimensiones de la antena de bocina.
H (m)=_____________________
W (m)=_____________________
PARTE II. MEDICIÓN DE FRECUENCIA
1. Conectar entre sí los componentes como se muestran en la figura 4.1.
2. Predisponer el medidor POWER & LEVEL METER en “LEVEL” y “HIGH”, y poner la sensibilidad en el mínimo,
conectar el instrumento al diodo detector a través de un cable coaxial BNC-BNC.
3. Girar el micrómetro en sentido contrario a las agujas del reloj (en posición de 700).
4. Alimentar a +12V el transmisor y regular en posición intermedia la polarización del Gunn (BIAS).
5. Encender el medidor y aumentar la sensibilidad hasta que la aguja llegue a fondo de escala.
6. Girar lentamente el micrómetro del frecuencímetro hasta obtener la lectura mínima en el instrumento
indicador. Esto significa que la cavidad del ondímetro absorbe la máxima potencia, ya que está
sintonizada a la frecuencia de la señal que circula en la guía. De hecho, pueden haber otras posiciones del
micrómetro en las cuales se obtengan absorciones de potencia, pero la posición correcta es la que
corresponde al valor más elevado.
Anote la posición del micrómetro: ___________________
7.
Utilizando la tabla de la figura 2.1 determine la frecuencia de la señal emitida por el oscilador; se obtendrá
un valor comprendido entre 10.5GHz y 10.9GHz.
Frecuencia (f): ____________________
Figura 4.1. Medidas de frecuencia y longitud de onda.
PARTE III. MEDICIÓN DE LONGITUD DE ONDA EN LA GUÍA
1. Extraer completamente el micrómetro del ondímetro.
2. Conectar el medidor a la sonda de la guía con ranura y predisponerlo en “LEVEL-LOW”.
3. Desconectar el diodo detector MW/04 y montar la placa de corto circuito, de modo que se provoque
reflexión y por consiguiente onda estacionaria en la guía.
4. Desplazar el carro de la guía con ranura y observar en el instrumento las indicaciones de máximo y
mínimo. Eventualmente regular la ganancia del instrumento para facilitar la lectura.
5. Medir la distancia L en centímetros entre 2 mínimo o entre 2 máximos.
L: _________________
6.
La longitud de onda en guía corresponde al doble de dicha distancia λg = 2L.
PARTE IV. MEDIDA DE LA LONGITUD DE ONDA EN EL ESPACIO LIBRE
1. Quitar el cortocircuito y montar la antena de bocina MW/12.
2. Poner la sonda de guía con ranura en la posición fija.
3. Montar el reflector plano MW/17 sobre la base móvil MW/16 y situarlo a una distancia alrededor de 15cm
de la antena de bocina, perpendicularmente a ella (ver figura 4.2).
Figura 4.2. Medida de la longitud de onda en el espacio libre.
4.
5.
Alejar y acercar el reflector plano a la antena y observar en el medidor las indicaciones de máximo y
mínimo. Eventualmente regular la ganancia del instrumento para obtener una fácil lectura.
Medir en la base del soporte móvil la distancia L en centímetros entre 2 mínimos o entre 2 máximos.
L: ________________
6.
7.
La longitud de onda en espacio libre corresponde al doble de dicha distancia λo = 2L.
Sabiendo que la dimensión a de la guía es igual a 2.29cm, verificar la exactitud de la relación. Usar la
expresión:
V.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
PARTE I. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS GUÍAS DE ONDA
1) A partir de las dimensiones físicas de la guía de onda determine:
a) Frecuencia de corte de la guía de onda
b) Longitud de onda de corte de la guía de onda
PARTE II. MEDICIÓN DE FRECUENCIA
1) A partir del valor medido de la frecuencia emitida por el oscilador, determine:
a) Velocidad de fase
b) Velocidad de grupo
PARTE III. MEDICIÓN DE LONGITUD DE ONDA EN LA GUÍA
1) A partir del valor de L medido, ¿Cuál es la longitud de onda en la guía?
PARTE IV. MEDIDA DE LA LONGITUD DE ONDA EN EL ESPACIO LIBRE
1) A partir del valor de L medido, ¿Cuál es la longitud de onda en el espacio libre?
2) Usando la expresión matemática proporcionada, encuentre la longitud de onda en la guía. Compare
los resultados obtenidos con el valor encontrado en la parte III de los análisis de resultados y verifique
dicho valor. Si los valores difieren, ¿a qué atribuye dichas causas de variación?
3) Escriba cinco conclusiones sobre la práctica desarrollada.
VI.
BIBLIOGRAFÍA
[1] TOMASI, W. (2003). Sistemas de comunicaciones electrónicas, Pearson, México.
[2] FRENZEL, (2003) Electrónica aplicada a los sistemas de comunicaciones, Marcombo, México.