ELECTRODINÁMICA. PRÁCTICA VIRTUAL SOBRE GUÍAS DE ONDA. Curso 2009-2010 Consideremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda… Frecuencia Potencia Olvidemos de momento el resto de los controles… SALIDA ON/OFF 8.0-12.5 GHz ¿Por qué esta banda? (1 GHz = 109 Hz) Veamos las frecuencias de operación de una guía con dimensiones razonables… Para los TE y los TM se tiene la misma frecuencia de corte, pero OJO: no hay TM con m o n =0… Banda X Estándar (código WR90) fc (GHz) en vacío TE10: 6.56 TE20: 13.12 TE01: 14.76 TE11 y TM11: 16.16 ….. En pulgadas: 0.9x0.4… b=1.0 cm Hay propagación monomodo en toda la banda del generador (por supuesto, otros generadores para banda X podrían tener frecuencias ligeramente distintas, por ejemplo de 7 a 12, etc.) a=2.286 cm

(I) Analógico: Ancho de banda 20 MHz. No vale… Intentemos detectar la señal, antes de aplicarla a nuestra guía… (I) Analógico: Ancho de banda 20 MHz. No vale… (II) Digital: Ancho de banda 25 MHz y velocidad de muestreo 250 Megasamples/seg. No vale… (III) Digital: Ancho de banda 12 GHz y velocidad de muestreo 40 Gigasamples/seg. OK. Un seno de 10 GHz tiene un espectro (módulo de la transformada de Fourier) consistente en una delta de Dirac a 10 GHz. El osciloscopio solo puede detectar variaciones de señal con frecuencias características que no superen su ancho de banda (si son algo superiores serán atenuadas, si son muy superiores no se verán… Si f0=10 GHz ésta es una delta en -10 GHz (f<0). Irrelevante Localización en f de la energía de la señal (delta en +10 GHz) 1 “Respuesta” del osciloscopio (Función de transferencia). Mientras sea plana e igual a 1 todo va bien… ………………….. 10 GHz f 20 MHz para (I) y 25 MHz para (II) (La respuesta ha caído en un factor 21/2) 12 GHz para (III)

Pongamos en marcha el osciloscopio y veamos algunos trucos… OJO con los cables… deben ser cortos y estar bien apantallados CONECTORES COAXIALES TÍPICOS Los cables pueden producir pérdidas considerables a partir de 1 GHz… incluso si son coaxiales. BNC SMA N Pongamos en marcha el osciloscopio y veamos algunos trucos…

Veamos ahora si sería posible detectar algo con un osciloscopio más barato… La onda cuadrada que modula a la sinusoide tiene una frecuencia de 1 kHz. Se puede detectar con un osciloscopio convencional? Veámoslo. la señal observada es un producto de dos funciones: 500 ms Propiedad de Transf de Fourier F: Donde se define Espectro de la onda cuadrada (sumatorio infinito de deltas) Definición de convolución: Espectro de un único pulso (función sinc continua) Propiedad de la convolución: Espectro de una onda cuadrada: Deltas con amplitudes distribuidas según una Función “sinc” El espectro de la señal observada es éste mismo, pero teniendo como origen a f0 !

Hay un incremento del nivel de continua proporcional a A2! A pesar de lo anterior, podemos utilizar osciloscopios baratos si tenemos un “detector” El detector ha de ser no lineal para “convertir” las frecuencias (interesa producir frecuencias bajas a partir de otras que son muy altas). El detector más sencillo: un diodo. Supongamos que se le aplica un voltaje V(t), consistente en una superposición de la señal de alta frecuencia (CW) y un nivel de continua (puede venir de la polarización del diodo). con Entonces la corriente es Supongamos que la señal es débil (casi siempre es así). Desarrollamos en serie en torno al nivel de continua… , Por tanto, Así pues, se ve “algo” en el nivel de continua! Hay un incremento del nivel de continua proporcional a A2!

El anterior desarrollo era para una onda monocromática El anterior desarrollo era para una onda monocromática. Qué ocurre con la modulada? Podemos repetir el razonamiento para cada delta del espectro de la onda cuadrada -> lo que obtendríamos en lugar del incremento de continua sería (aparte de otros armónicos no deseados que se filtran con facilidad) una reconstrucción de todo el espectro de la onda cuadrada… CW MODULADA La información sobre la frecuencia se pierde, pero se obtiene información sobre la intensidad de campo con instrumentación que no necesita funcionar a frecuencias altas. Otro detector alternativo al diodo: el bolómetro. Es un dispositivo que convierte la radiación recibida en incrementos de temperatura…

Detectores para guías de onda. El medidor de onda estacionaria El medidor de onda estacionaria es esencialmente un milivoltímetro de alterna (para señales de 1 kHz, típicamente) graduado especialmente para medir VSWR. Este factor se mide desplazando la sonda con el detector y comparando la lectura en un máximo de señal con la lectura en un mínimo. Carcasa para diodo Antena Filtro pasobaja Salida BNC Detectores basados en diodos Sección de guía ranurada

Medidas básicas. VSWR Detectar un máximo de señal. VSWR=10 dB Detectar un máximo de señal. Ajustar la ganancia y el rango hasta tener la lectura en el origen de escalas (extremo izquierdo). Desplazar la sonda hasta el mínimo más próximo. La lectura indicará VSWR. Si VSWR > 3, reducir la ganancia en 10 dB y realizar una lectura más precisa con la escala inferior Hay otras escalas (expandida, para VSWR muy pequeñas) y dB (expresa VSWR en dB). VSWRdB=20log10(VSWR). Obsérvese que el 10 de la escala en dB (la inferior) coincide aproximadamente con el 3.2 de la escala de VSWR normal [10=20log10(3.1623)]

Comparación de longitudes de onda Región de “transición” para l Para el modo TE10 El montaje acaba en una antena que ilumina una placa conductora. Esta placa genera una onda estacionaria que se localiza tanto en la guía ranurada como entre la antena y la placa. En el primer caso la distancia entre mínimos o máximos de señal es l0/2. En el segundo es lg/2.

Eliminación de reflexiones con un atenuador La guía ranurada permite medir la onda estacionaria producida por el poste. Aumentando la atenuación se observa que VSWR disminuye. El detector al final de la guía evalúa la potencia que se pierde

Lámina dieléctrica de bajas pérdidas Calibración de un desfasador Lámina dieléctrica de bajas pérdidas La calibración está basada en comparar el desfase introducido a una posición determinada del tornillo micrométrico con un desplazamiento del cortocircuito. Supongamos que se desea calibrar el desfasador a intervalos constantes, cuya amplitud llamaremos Df. Entonces el método sería el siguiente: a) Inicialmente se sitúa el desfasador en su posición de mínimo desfase y el corto en su posición más alejada del desfasador. b) Se ajusta la posición de la sonda hasta detectar un mínimo de señal. c) Se desplaza el corto en una distancia x' tal que la diferencia de fase entre las posiciones inicial y final de la sonda sea Df. Es decir, x'=Df/b d) Se desplaza la lámina desfasadora hasta detectar nuevamente el mínimo. De esta forma se obtendría el primer punto de la tabla de calibración. Si x1 es la posición final de la lámina desfasadora, entonces a x1 le corresponde un desfase Df. Se repiten los pasos c) y d) para distintas posiciones de la lámina desfasadora, hasta alcanzar el máximo desfase posible (180º).