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Ondas Estacionarias Profesor: Carlos Chavarra M.

PRCTICA N 7

Mediciones de la ROE

Figura 1 Panel frontal del Medidor de ROE.

I. OBJETIVO: Despus de completar este ejercicio, estar familiarizado con el concepto de relacin de onda estacionaria. Asimismo, ser capaz de utilizar el Medidor de ROE para medir directamente la relacin de onda estacionaria en una gua de ondas . Tambin aprender las precauciones que deben tomarse para obtener mediciones precisas del voltaje de la relacin de onda estacionaria (ROE) utilizando una lnea ranurada. II. MARCO TEORICO. Cuando cuando la carga no es igual ala impedancia caracterstica de una gua de ondas (o sea, la carga no est adaptada a dicha gua), se generan ondas estacionarias. Este tipo de ondas son peridicas y se caracterizan por sus mnimos y mximos. Como se ilustra en la Figura 10-1, la relacin de la amplitud del voltaje en un mximo con respecto a la del voltaje en un

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mnimo, se denomina relacin de voltajes de una onda estacionaria o, ms simplemente, relacin de onda estacionaria (ROE) .. Por otro lado, si la carga no est adaptada a la gua de ondas, la primera no absorber la totalidad de la potencia incidente y una parte regresar a la fuente como potencia reflejada. Las dos ondas que Viajan en direcciones opuestas se combinan para producir lo que se conoce como onda estacionaria a lo largo de la lnea. La suma de las ondas incidente y reflejada, producir una onda estacionaria conteniendo mximos y mnimos. Esta sucesin de mximos y de mnimos se puede obtener tanto para los voltajes como para las corrientes. Una onda estacionaria de voltaje es una representacin grfica de la distribucin de la amplitud eficaz del voltaje de microondas en cualquier posicin a lo largo de la gua de ondas. Los mximos aparecen cuando los voltajes incidente y reflejado se suman en fase; Los mnimos se producen cuando esos voltajes se suman con un desfase de 180 . Las ondas estacionarias son fijas y la distancia entre mnimos, o entre mximos, es igual a la mitad de la longitud de onda de la seal que viaja en la gua de ondas. Las amplitudes de los mximos y de los mnimos dependen de la amplitud de la onda reflejada, mientras que la amplitud de esta ltima est en funcin de la carga. En realidad, es ms correcto decir que los que se propagan en la gua de ondas son un campo elctrico y uno magntico. Considerar voltajes y corrientes en vez de campos elctrico y magntico, es simplemente una forma diferente de ver la misma cosa. El voltaje existe entre la pared superior e inferior de la gua de ondas, mientras que la corriente fluye en las paredes laterales de la misma. En este ejercicio nos manejaremos con voltajes y corrientes para facilitar la comprensin. La relacin entre el mximo y el mnimo de la onda estacionaria se llama Relacin de Onda Estacionaria (ROE). Evidentemente, el valor de la ROE depende de las caractersticas de la carga. Por ejemplo, si sta es un cortocircuito, la onda incidente se reflejar totalmente. Por lo tanto, la amplitud en un mximo ser el doble de la amplitud de la onda incidente, mientras que la amplitud en un mnimo resultar cero (o muy cerca de l en la prctica). Esta propiedad de las ondas estacionarias se puede utilizar para medir la longitud de onda de una seal de microondas en una gua de ondas. Para hacerlo, se debe determinar la distancia entre dos mnimos o mximos sucesivos de la onda estacionaria. Al multiplicar esta distancia por dos se obtiene la longitud de onda. La frecuencia de la seal f puede entonces calcularse utilizando la siguiente expresin: g =

cf 2 f 2c

III. RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO:

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En este ejercicio, se familiarizar con el uso de la Lnea ranurada de medida. Adems, determinar las ondas estacionarias producidas por tres cargas: un cortocircuito, una carga formada por un atenuador y un cortocircuito y una carga adaptada. Por ltimo, calcular la frecuencia de la seal de microondas que se propaga a partir de su longitud de onda. IV. CONSULTAS PREVIAS: VSWR. Coeficiente de reflexion. V. EQUIPO REQUERIDO: Mdulo Alimentador para Oscilador Gunn (MAOG). Oscilador de Gunn (OG). Medidor de ROE. Atenuador Variable. Atenuador Fijo Lnea Ranurada de Medidas. Corto Circuito Fijo. Carga. Soporte de guas de ondas. Accesorios. VI. PROCEDIMIENTO:

1. Instalacin y Ajustes del equipo.

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a. Asegrese de que todos los interruptores de potencia se encuentren en posicin de apagado (OFF) antes de conectar el equipo al suministro de la corriente y coloque los mdulos como se indica: MEDIDOR DE ROE ALIMENTACION PARA OSCILADOR DE GUNN Figura 2. Montaje de los mdulos. b. Realice la instalacin como se ilustra en la figura 3. c. Afloje la perilla de sujecin de la Lnea ranurada de medida y tire hacia arriba el soporte de la sonda para separarla de la gua de ondas. Apriete la perilla de sujecin mientras mantiene la sonda en esa posicin. d. Realice los siguientes ajustes en el MAOG VOLTAJE MIN MODO 1 KHz ESCALA DEL MEDIDOR 10 e. Mueva la sonda a lo largo de la Lnea ranurada de medida hasta la divisin 40,0 mm. Ajuste el atenuador variable 6 dB. Posicin de la hoja del Atenuador variable = ________________ mm f. Realice los siguientes ajustes en el Medidor de ROE: GAMA = OdB

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ESCALA= NORMAL GANANCIA = posicin media FRECUENCIA CENTRAL posicin media ANCHO DE BANDA 100 Hz g. Ajuste la profundidad de la sonda de la Lnea ranurada de medida en aproximadamente 1/3 del mximo, utilizando el indicador y las marcas horizontales del soporte de la sonda. h. Encienda el mdulo Alimentacin para oscilador de Gunn y el Medidor de ROE. Espere de 1 a 2 minutos para permitir que la fuente de alimentacin se caliente. i. En el mdulo Alimentacin para oscilador de Gunn, ajuste el voltaje de alimentacin en 8V. j. Desplace lentamente el carro de la sonda de la Lnea ranurada de medida a lo largo de la gua de ondas hasta que encuentre un mximo.

Nota: Si la aguja supera el mximo de la escala del Medidor de ROE, reduzca un poco la profundidad de la sonda de la Lnea ranurada de medida, de manera que la aguja quede debajo de ese mximo (por ejemplo, para obtener una lectura de -2 a -3 dB), Y desplace ligeramente el carro de la sonda hasta detectar un mximo. k. Calibre adecuadamente el equiopo para obtener una alectura apropiada. l. Coloque el conmutador de ANCHO DE BANDA del Medidor de ROE en la posicin 20 Hz y ajuste cuidadosamente la perilla de control de la FRECUENCIA CENTRAL a fin de aumentar al mximo la desviacin de la aguja. Nota: Si la aguja supera el valor mximo de la escala del Medidor de ROE vuelva a ajustar apenas el control de GANANCIA, para que la aguja quede debajo de ese mximo, y complete el ajuste de la frecuencia central. m. Vuelva a ajustar un poco el voltaje del mdulo Alimentacin para oscilador de Gunn a fin de aumentar al mximo la desviacin de la aguja del Medidor de ROE. n. Ajuste la perilla de control de GANANCIA del Medidor de ROE para que la aguja quede alineada con la marca O dB (ROE = 1,0). De esta manera se ajusta el nivel de referencia. o. Desplace el carro de la sonda a lo largo de la gua de ondas de la Lnea ranurada de medida y anote la posicin de cada mximo y mnimo y tabule estos datos.

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p. Para obtener mayor precisin, se puede cambiar la GAMA del Medidor de ROE, sin volver a ajustar la perilla de control de GANANCIA. q. A partir de los datos obtenidos, calcule la longitud de onda dentro de la guia: g =_________________________m r. Calcule la longitud de onda de corte y la frecuencia de la seal de microondas: c =_________________________m f = _________________________m s. Ubique la sonda en el maximo mas cercano a la carga y calibre de nuevo el equipo a 0 dB. t. Anote esta posicin como punto de referencia en la fila correspondiente en la siguiente tabla y tamien el nivel de 0 dB como referencia en la columna de E. POSICION E E/Emx E/Emx mm dB dB - 0 1

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Tabla 1. Relaciones E/Emx. a lo largo de la lnea ranurada de medida con una carga formada por un Cortocircuito fijo. u. Mueva la sonda hacia el Oscilador de Gunn en etapas de 2,0 mm a lo largo de la guia ranurada y en cada etapa, anote la posicin de la sonda y el voltaje E (expresado en dB), que se lee en el Medidor de ROE, en las columnas POSICIN y E, respectivamente, de la Tabla 1. Calcule la relacin E/Emx., expresada en dB, restando el nivel de referencia (la lectura en el mximo, es decir E mx.) de la lectura de E. Anote el resultado en la columna E/Emx. (dB) de la Tabla 1. Utilice la siguiente ecuacin para calcular el valor de la relacin E/Emx. y anote el resultado en la ltima columna de la Tabla 1.

EEmax

=10E

EmaxdB( )

20

Nota: Cuando se mide el nivel relativo de una seal con el Medidor de ROE, se debe tener en cuenta la GAMA seleccionada. Por ejemplo, si se seleccion la GAMA -30 dB y la aguja indica -4 sobre la escala en dB, el nivel relativo de la seal es

-34 dB (-30 + -4 = -34 dB). v. A partir de los datos de la Tabla 1 anterior grafique la ROE. w. Desconecte el cable del MAOG y realice la instalacin de acuerdo con la Figura 3. Repita el procedimiento anterior para esta carga y obtenga la grafica correspondiente. x. De igual manera repita los pasos anteriores para el montaje de la Fgura 4. 2. Desinstalacin del equipo.

Para terminar la prctica lleve la perilla de control de VOLTAJE del MAOG a su posicin mnima. Coloque todos los interruptores de alimentacin en la posicin OFF (apagado), desmonte todos los elementos y guarde nuevamente todos los componentes en sus compartimientos de embalaje.

VII. INFORME.

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Consigne en el informe: a. Conclusiones. b. Qu representa una onda estacionaria? c. Cul es la distancia, en trminos de longitudes de onda, entre dos mnimos sucesivos en una onda estacionaria? d. Qu causa un mximo en una onda estacionaria? e. Explique cmo se determina la frecuencia de una seal de microondas con una lnea ranurada. f. Qu parmetro fsico mide una lnea ranurada?

Figura 2. Instalacin para trazar una onda estacionaria generada por un cortocircuito.

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Figura 3. Instalacin para trazar una onda estacionaria generada por un atenuador fijo y un

cortocircuito.

Figura 4. Instalacin para trazar una onda estacionaria generada por una carga adaptada.