3era. experiencia de microondas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEPARTAMENTOS ACADÉMICOS 3RA. EXPERIENCIA DE LABORATORIO DE MICROONDAS Ing. Víctor Córdova B. 1/18 Principio del modulador PIN 1.-Objetivos: a.- Curvas del modulador PIN: frecuencia y periodo de modulación. b.- Hallar las frecuencias de corte y resonancia. 2.-Fundamentos del Diodo Pinn: Antecedentes: Función Deseada: Varias aplicaciones en tecnología de microondas requieren el uso de elementos conmutadores y atenuadores, cuyas características (esto es, estados ‘ON’ y ‘OFF’ o valores de la atenuación) pueden ser afectadas por una señal eléctrica de control. Tales componentes pueden ser realizados con la ayuda de, por ejemplo, moduladores PIN, que son conmutadores “electrónicamente controlables”, atenuadores, desfasadores y filtros conmutadores, todos estos son ejemplos de componentes de microondas, los cuales utilizan diodos PIN. Un atenuador, cuya atenuación es afectada por la aplicación de voltaje control, puede ser usado como un modulador. Si la modulación de la onda cuadrada es llevada a la salida con un grado de modulación del 100%, esto corresponde a una modulación “ON/OFF” como lo especificamos en la representación de la parte superior de la figura 1.1. Si además, esta modulación es insertada por componentes de 2 puertos insertados entre el oscilador y el circuito restante, en el caso ideal, debe tener las siguientes características (ver la parte inferior de la figura 1.1). a) En el intervalo “ON” los 2 puertos deben de ser libres de reflexión y absorción (Pabs=0), así estas señales de microondas son totalmente transmitidas. b) Para el intervalo “OFF” se tienen 2 posibilidades fundamentalmente diferentes: para que la señal de microondas transmitida sea cero, o la señal incidente puede ser reflejado completamente (2 puertos sin perdida) o completamente absorbida (2 puertos disipativos). El primer caso ha sido considerado por el modulador y usado en el sistema de entrenamiento. En la siguiente sección se tratará con la teoría del diodo PIN usado en la construcción del modulador, solo para dar un alcance, esto es explícitamente necesario para la comprensión del experimento. Basado en esta información la interacción del diodo PIN y el circuito de RF es explicado después de la sección siguiente con un diagrama del circuito equivalente del modulador utilizado. Diodo PIN Si se aplica una señal de RF a un diodo PIN o Schottky que ha sido polarizado directamente con la ayuda de un voltaje D.C. Uo, entonces este diodo actúa como una resistencia óhmica en el circuito AC. Como este valor depende de Uo, obtenemos por tanto una resistencia en AC controlable vía Uo. Sin embargo, esta resistencia es sólo lineal, es decir, independiente de la

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Principio del modulador PIN 1.-Objetivos: a.- Curvas del modulador PIN: frecuencia y periodo de modulación. b.- Hallar las frecuencias de corte y resonancia. 2.-Fundamentos del Diodo Pinn: Antecedentes: Función Deseada: Varias aplicaciones en tecnología de microondas requieren el uso de elementos conmutadores y atenuadores, cuyas características (esto es, estados ‘ON’ y ‘OFF’ o valores de la atenuación) pueden ser afectadas por una señal eléctrica de control. Tales componentes pueden ser realizados con la ayuda de, por ejemplo, moduladores PIN, que son conmutadores “electrónicamente controlables”, atenuadores, desfasadores y filtros conmutadores, todos estos son ejemplos de componentes de microondas, los cuales utilizan diodos PIN. Un atenuador, cuya atenuación es afectada por la aplicación de voltaje control, puede ser usado como un modulador. Si la modulación de la onda cuadrada es llevada a la salida con un grado de modulación del 100%, esto corresponde a una modulación “ON/OFF” como lo especificamos en la representación de la parte superior de la figura 1.1. Si además, esta modulación es insertada por componentes de 2 puertos insertados entre el oscilador y el circuito restante, en el caso ideal, debe tener las siguientes características (ver la parte inferior de la figura 1.1). a) En el intervalo “ON” los 2 puertos deben de ser libres de reflexión y absorción (Pabs=0), así estas señales de microondas son totalmente transmitidas. b) Para el intervalo “OFF” se tienen 2 posibilidades fundamentalmente diferentes: para que la señal de microondas transmitida sea cero, o la señal incidente puede ser reflejado completamente (2 puertos sin perdida) o completamente absorbida (2 puertos disipativos). El primer caso ha sido considerado por el modulador y usado en el sistema de entrenamiento. En la siguiente sección se tratará con la teoría del diodo PIN usado en la construcción del modulador, solo para dar un alcance, esto es explícitamente necesario para la comprensión del experimento. Basado en esta información la interacción del diodo PIN y el circuito de RF es explicado después de la sección siguiente con un diagrama del circuito equivalente del modulador utilizado. Diodo PIN Si se aplica una señal de RF a un diodo PIN o Schottky que ha sido polarizado directamente con la ayuda de un voltaje D.C. Uo, entonces este diodo actúa como una resistencia óhmica en el circuito AC. Como este valor depende de Uo, obtenemos por tanto una resistencia en AC controlable vía Uo. Sin embargo, esta resistencia es sólo lineal, es decir, independiente de la

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amplitud del voltaje AC, siempre que el rango de la característica modulada por el voltaje AC pueda aproximarse por una línea recta (condición de "pequeña señal"). En el caso de amplitudes de voltaje AC más grandes, la resistencia es no lineal, lo que lleva a la distorsión de las señales (multiplicación de frecuencias, etc.). Se utiliza el diodo PIN descrito a continuación para evitar esta no-linealidad indeseada de la resistencia en AC que ocurre en muchas aplicaciones con grandes amplitudes. La Figura 1.2 muestra la sección transversal de un diodo PIN en representación esquemática en la parte superior y en la parte inferior de la figura, la distribución espacial de la concentración de portadores de carga (sin polarización). Para el comportamiento en radiofrecuencia es esencial la capa I intrínseca ubicada entre las capas P y N altamente dopadas. Si se aplica un voltaje DC al diodo en directa (polo positivo a la capa P), se inyectan en la capa I prácticamente tantos electrones provenientes de la capa N como huecos desde la capa P. Si la carga debida a los portadores de carga positiva (huecos) suman Q, luego los portadores de carga negativa suman -Q, y, por tanto, la capa I está libre de carga espacial. Los portadores de carga positiva y negativa se recombinan unos con otros. Si el

tiempo de vida medio se denota por , luego los portadores de carga Q = Q t/ se

recombinan durante el intervalo de tiempo t. En el caso estacionario (es decir, Q independiente del tiempo), esta reducción de Q debe ser compensada con una inyección de portadores de carga de las capas P y N. Esto significa que debe fluir una corriente:

Io = Q/ t = Q/

y por tanto la cantidad de carga es:

Q = Io ….............................. .....................(1)

De la ecuación (1) llegamos a la importante conclusión de que los portadores de carga contenidos en la capa I pueden controlarse con la corriente Io. Esto también es verdad cuando la corriente del diodo está compuesta de una corriente DC y una corriente AC superpuesta (de

frecuencia angular ) con una "frecuencia relativamente baja":

i(t) = Io + î cos( t).......................................(2) Aquí, la dependencia del tiempo de Q "sigue" a la dependencia del tiempo de i, de modo que un cambio en el número de portadores de carga inyectados por unidad de tiempo se compensa con un número cambiado de portadores de carga recombinados por unidad de tiempo:

Q i(t) = (Io + î cos( t)) para <<1

Si se aumenta , este proceso de compensación (constante de tiempo ) ya no puede seguir a

los rápidos cambios de tiempo de la corriente. Si el periodo T = 2 / del voltaje AC es

considerablemente más pequeño que el tiempo de vida , entonces Q es determinado sólo por Io.

Q Io........... (3) para T << , es decir, >> 1

Este resultado es la clave para entender el comportamiento en radiofrecuencia del diodo PIN: la carga Q de los portadores de carga móviles en la capa I es controlada sólo por la corriente de

polarización Io (corriente DC o corriente AC de baja frecuencia) y no por la señal de RF ( >> 1) superpuesta. Esto se aplica incluso si la amplitud î de la corriente AC es mucho más grande que Io.

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Las consideraciones anteriores se pueden hacer más precisas, si las relaciones se describen matemáticamente como sigue: el cambio dQ de la carga resulta de la diferencia entre la

cantidad inyectada de carga idt y la cantidad recombinada de carga Qdt/ como:

dQ = idt - Qdt/ De aquí obtenemos la ecuación diferencial para Q(t) con i(t) como el "parámetro de control":

dQ/dt + (1/ ) Q = i(t).................................(4) Si uno sustituye la superposición de una componente DC y una AC como se especifica en la ecuación (2) para i(t), entonces se obtiene lo siguiente como solución estacionaria a esta ecuación diferencial:

Q(t) = [Io + (1/ (1 + ( )2))1/2 î cos( + )]

con una fase , que no es de interés aquí. Se observa que el efecto sobre Q(t) de la corriente AC, tal como lo describe el segundo término

puede despreciarse, incluso para î > Io, siempre que >> 1. La corriente AC que fluye a través de la capa I consiste de electrones y huecos, con lo cual la

conductividad eléctrica está dada por el producto de la densidad de carga (Q por unidad de

volumen) de los portadores de carga libres y sus movilidades (aproximadamente n = p = ):

= ( n + p ) Q/V 2 (Q/V) Si insertamos Q de acuerdo a la ecuación (3) y V como el producto del área A de la sección transversal y el espesor de la capa (vea Fig. 1.2), obtenemos:

= 2 ( Io/Aw) y por tanto la resistencia en radiofrecuencia es:

R = w/ A = w2/(2 Io)...............................(5) Por tanto, el diodo PIN brinda la corriente AC con una resistencia de radiofrecuencia R, cuyo valor es inversamente proporcional a la corriente de polarización Io (modulación de la conductividad) y, de acuerdo a las consideraciones anteriores, esta resistencia se mantiene lineal incluso para grandes amplitudes AC (siempre que no aparezcan fenómenos de ruptura o alcances de efectos térmicos).

Si se aplica un voltaje de polarización inversa al diodo PIN, es decir, Uo 0, se forma una capa desértica en la juntura PI, que cubre una porción de la capa I. La porción restante forma una zona autoconductora. Como tal, el comportamiento en radiofrecuencia se describe por la conexión en serie de un capacitor sin pérdidas (capa desértica) y un capacitor con pérdidas (zona autoconductora). Ambos capacitores pueden combinarse para altas frecuencias, por lo que se aplica aproximadamente lo siguiente:

C A/w ( = constante dieléctrica)

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Las pérdidas (representadas por un resistor en serie o en paralelo) disminuyen cuando hay un aumento en el voltaje de polarización negativo, debido a que la capa desértica se expande y cubre finalmente la zona I completa. Si se incluyen las resistencias del sustrato en las capas P y N vecinas, entonces el comportamiento en RF del diodo PIN para voltajes de polarización positivos y negativos puede ser representado por un circuito RC en paralelo o en serie, tal como se muestra en la Fig. 1.3. La reactancia capacitiva en directa puede despreciarse para una corriente de polarización Io suficientemente grande (varios mA), de modo que el diodo PIN se comporta como una resistencia óhmica con R ~ 1/Io. Para Uo < 0 así como para el caso de Uo = 0, se comporta como un capacitor constante C con pérdidas. En la fig. 1.4 se bosqueja con más claridad la respuesta en radiofrecuencia descrita, utilizando diagramas de características DC y AC. Aquí se muestra como la curva de voltaje u(t)

correspondiente a una señal AC ( >> 1) con amplitud predeterminada î es afectada por el valor de la corriente de polarización Io (I> 0: líneas continuas, I= 0: líneas punteadas). La característica D.C. de u(t) sólo se aplica para la relación de la corriente de polarización Io con el voltaje de polarización Uo. Se debe recordar que, a pesar de la gran amplitud de la corriente AC, no hay distorsión (impedancia lineal) y que el diodo PIN se comporta como un "pequeño" resistor óhmico para Io > 0, pero como una "gran" reactancia capacitiva para Io = 0. Los valores numéricos especificados para la corriente y el voltaje son los típicos para un diodo PIN diseñado para niveles pequeños de potencia. En la siguiente sección se demostrará cómo un modulador con las características descritas anteriormente puede ser realizado conmutando entre estos dos estados.

Circuito de radiofrecuencia de un modulador PIN:

El modulador PIN se realiza con tecnología de guías de onda. Esto se puede realizar en una forma sencilla instalando una impedancia en paralelo, electrónicamente conmutable, en la línea de transmisión. La magnitud de esta impedancia en paralelo debe ser muy pequeña en el intervalo "OFF" de modo que la línea esté prácticamente en cortocircuito (reflexión de la señal de microondas), y muy grande en el intervalo "ON", de modo que la reflexión y la absorción sean tan despreciables como sea posible. El diodo PIN puede ser acoplado a la guía de onda mediante un poste metálico (vea el lado izquierdo de la Fig. 1.5). El centro de la fig. 1.5 muestra el circuito equivalente para esta estructura. Los recuadros punteados simbolizan la sección de la línea (impedancia de onda característica Zo). El poste metálico actúa como una inductancia (reactancia XL) colocada en

serie con el diodo PIN. Cuando el diodo se polariza en inversa (Uo 0) se representa por la conexión en serie de un capacitor con una resistencia óhmica pequeña, la cual, en conjunto con el poste metálico, produce un circuito resonante (Fig. 1.5, centro superior). Si las dimensiones del poste son tales que el circuito resonante serie se encuentra en resonancia a la frecuencia de operación, luego, a esta frecuencia resulta una "pequeña" impedancia en paralelo. Esto se aproxima al cortocircuito deseado debido a que RS << Zo (vea Fig. 1.5, superior derecha). En consecuencia se realiza la función en el intervalo "OFF".

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Si se aplica al diodo una polarización positiva suficientemente grande, éste actúa como un pequeño resistor R << Zo y R << XL. La conexión en serie de XL y R puede ser transformada (para la frecuencia de operación) en un circuito en paralelo (Fig. 1.5 inferior derecha), con lo cual es

válida la aproximación X'L XL debido a que XL >> R. Debido al hecho de que la impedancia en paralelo debe ser mucho más grande que Zo para el intervalo "ON", XL debería ser mucho mayor que Zo. Pero, como éste no es el caso, aún debe modificarse el circuito. Esto se consigue conectando una capacitancia en paralelo, la cual se puede realizar en tecnología para frecuencias altas, utilizando un disco metálico mostrado en la Fig. 1.6. La capacitancia en paralelo puede elegirse de tal forma que junto con la inductancia forme un circuito resonante paralelo a la frecuencia de operación (Fig. 1.6 centro inferior). Finalmente, el alto valor de la resistencia lateral, sigue siendo tal que R' >> Zo, lo cual es una excelente condición para el estado "ON" (baja reflexión y absorción). El hecho de que la capacitancia se encuentre ahora en paralelo con la resistencia óhmica en el estado "OFF" (Fig. 1.6 superior derecha) no tiene efecto en la función, debido a que X >> RS.

Figura 1.1. La función deseada del modulador PIN.

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Fig. 1.2. Representación esquemática de la sección de corte del diodo PIN y la distribución de concentración del portador de carga (sin polarizar). (1) Capa de conducción p con gran concentración de carga portadora. (2) Capa de conducción n con gran concentración de carga portadora. (3) Capa de conducción intrínseca con ancho W y con área A de sección de corte.

Fig. 1.3. Diagrama de circuito equivalente en paralelo y serie para la respuesta en alta frecuencia del diodo PIN como una función (positiva) de la corriente de polarización Io y (negativo) del voltaje de polarización Vo.

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Fig. 1.4. Comportamiento controlado DC y AC del diodo PIN.

Fig. 1.5. Guía de onda rectangular con un diodo PIN acoplado vía un poste metálico. Izquierda: Diseño de la estructura (sin fuente de alimentación LF)

(1) Diodo PIN con cubierta coaxial. (2) Poste metálico con dos partes.

Centro: Diagrama de circuito equivalente RF para Uo 0 (arriba) y Uo > 0 (abajo). (3) Diagrama de circuito equivalente para el diodo PIN. (4) Inductancia equivalente para poste metálico. (5) Diagrama del circuito equivalente para la guía de onda

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Derecha: Circuito equivalente para XL=XS=X (resonancia en serie).

Fig. 1.6. Estructura de acuerdo con la figura 1.4 con capacidad adicional de disco de metal Izquierda: Diseño de la estructura (sin fuente de alimentación LF) (6) de disco capacitivo.

Centro: Circuito equivalente RF para Uo 0 (arriba) and Uo>0 (abajo) (7) impedancia suplente (capacitancia) para disco capacitivo: Reactancia = Xc. Derecho: Circuito equivalente RF con Xc=XL=X (resonancia paralela).

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Fig 1.7. Montaje experimental. Configuración del oscilador Gunn con placa de corto circuito en el lado izquierdo (cerca del elemento Gunn) y diafragma con hueco en el lado derecho. 3.- Procedimiento experimental: 1. Armar el arreglo experimental según lo especificado en la fig. 1.7 inicialmente sin

modulador PIN.

2. Hacer las mediciones sin el modulador PIN.

2.1 Conmutar en la unidad básica. Voltaje de alimentación del diodo Gunn VUG 8 .

2.2 Mediciones del voltaje del diodo detector oDU , usando el osciloscopio.

3. Mediciones de la curva de voltaje con respecto al tiempo del voltaje del diodo detector

con el modulador PIN instalado.

3.1 Instalar el modulador PIN como esta especificado en la fig1.7. 3.2 Conectar el modulador PIN a su fuente de polarización y conectar el osciloscopio para la

medición de la curva de voltaje de modulación )(tU PIN con respecto al tiempo.

3.3 Observar en el osciloscopio la curva de Upin(t) como una función de la posición de la perilla de control (20) respecto al modulador PIN. Comparación con la Fig. 1.8 (superior).

Nota: Si el voltaje Upin(t) no disminuye a cero durante el medio período, el tornillo de ajuste del modulador PIN debe ser dado vuelta hasta que ocurra esto.

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3.4 Observar el voltaje del diodo detector en la curva UD(t) con respecto al tiempo en el osciloscopio. Leyendo el valor del Ủon como una función de Ủpin e ingresando los valores en la tabla 1.1. Ver la figura 1.8 para la definición de estos parámetros.

Nota: Cuando un osciloscopio de canal doble está disponible, las curvas de Upin(t) y de UD(t)

con respecto a tiempo pueden ser observadas simultáneamente. Si solo un canal simple del osciloscopio está disponible, las señales pueden ser observadas uno a la vez alternando la conexión de las líneas al osciloscopio. Aquí es importante considerar que la conexión del modulador PIN no se puede mover para la medida de Upin(t).

4. Registrar las componentes de voltaje AC (1Khz) de las señales del diodo detector con el

voltímetro selectivo de frecuencia (Equipo de medición). 4.1. Ahora la señal de salida del diodo detector se mide con el voltímetro selectivo de la

frecuencia (véase la conexión en línea punteada en la figura 1.7) en vez de usar el osciloscopio (parte 3 de los experimentos).

4.2 Fije el voltaje del modulador al valor máximo (Ủpin=0.9V).Para esto la pantalla del

voltímetro selectivo de frecuencia está calibrada a 0 dB. Después reduzca el Ủpin en pasos de 0.1V y registre los valores de la pantalla del voltímetro selectivo de la frecuencia en función de Ủpin. Incorpore los valores en la tabla 1.2.

Nota: El valor en la pantalla (en dB) corresponde a la cantidad 10log(Ủn/ Ủno), por lo cual Ủn

es la amplitud de los componentes AC de voltaje a 1KHz de la señal del diodo detector (véase la figura inferior 1.8). El Ủno es el valor que corresponde a Ủpin = 0.9V.

5. Medir las características del diodo Gunn.

Repetir el paso 1 y alimentar el Oscilador Gunn con voltajes de paso de 0,5 voltios. Comenzar a realizar las mediciones desde 0 voltios DC hasta 10 voltios DC. Para cada variación de voltaje medir la corriente en el equipo voltímetro selectivo de frecuencia.

6. Características de la Guía de Onda

Medir las dimensiones a y b (internas y externas) de la guía de onda.

7. Características de la Cavidad Gunn. Medir las dimensiones a, b y d (internas) de la cavidad del oscilador Gunn.

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Fig. 1.8. Diversas curvas de señales con respecto al tiempo y definiciones de los correspondientes parámetros de la señal. Arriba: Característica del voltaje de modulación Upin(t) en la entrada del modulador PIN. Centro: Característica del voltaje del diodo detector UD(t).Por comparación la característica de

UD=UDo tiene que ser dibujado para el caso del modulador PIN removido. Abajo: Componentes del voltaje AC (1 KHz) UD(t) de la curva del voltaje del diodo detector

UD(t) con respecto al tiempo.

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Tabla 1.1 Parámetros para las características del voltaje del diodo detector y su dependencia en la modulación de voltaje (ver fig. 1.8).

Voltaje del diodo Du en [V]

Modulador-PIN removido

0Du = V

Con modulador-PIN

offu

V

PINU 0.9V

ONu

V

PINU 0.8V

ONu

V

PINU 0.7V

ONu

V

PINU 0.6V

ONu

V

PINU 0.5V

ONu

V

PINU 0.4V

ONu

V

PINU 0.3V

ONu

V

PINU 0.2V

ONu

V

PINU 0.1V

ONu

V

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Tabla 1.2. Dependencia de las componentes de voltaje AC de 1kHz Nu

de la señal del

diodo detector sobre el voltaje de modulación.

(Con referencia a la amplitud 0,Nu

para VuPIN 9.0

)

PINu

en [V]

)log(10 0,NN uu

en [dB]

0.9

0

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

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4.- Preguntas: 1. Bajo la asunción de característica de ley cuadrática del diodo detector determine la

potencia PON en el estado "ON" del modulador PIN que se transmite a través del modulador PIN y la potencia POFF transmitido en el estado "OFF" y comparar cada valor con la potencia relativa Po transmitida cuando se quita el modulador PIN.

Base sus cálculos en el voltaje de modulación más alto (Ủpin=0.9V).

Nota:

PON/Po = ỦON/UDO and POFF/Po = ỦOFF/UDO. 2. De acuerdo con los resultados de la pregunta 1 discuta la conveniencia del uso del

modulador PIN como un "interruptor de microonda electrónicamente controlado". 3. Determine la diferencia de voltaje ỦON-ỦOFF en función del voltaje de modulación Ủpin y

dibuje esta función en el diagrama 1.1 4. Dibuje la curva del valor mostrado en el voltímetro selectivo de frecuencia (tabla 1.2) en

función de Ủpin en el diagrama 1.2. 5. Discuta la relación cualitativa entre Ủ y ỦON-ỦOFF. 6. Graficar los valores corriente versus tensión del oscilador Gunn.

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5.- Apéndice para el experimento 1 Comentarios sobre el uso del modulador PIN en los experimentos siguientes: Los siguientes experimentos se realizan utilizando el modulador PIN y el voltímetro selector de fase. Estas mediciones pueden, bajo ciertas circunstancias, ser distorsionadas por valores negativos en el equipo medidor. Estos valores negativos pueden ocurrir, en principio, si la señal de microondas ha de ser determinada en un punto en el circuito de medición en el que esta señal sea mas pequeña en algunos órdenes de magnitud que la señal entregada al circuito de medición por el oscilador Gunn. Esta situación ocurre, por ejemplo, si la línea ranurada termina con una carga con un coeficiente de reflexión de magnitud cercana a uno y la señal debe ser medida en el mínimo del patrón de onda estacionaria o si debe ser medida la señal en el puerto de un acoplador direccional el cual idealmente, debería estar completamente desacoplado. En lo que sigue se explica brevemente el origen de tales "valores negativos" y se mencionan algunos medios para evitar estos valores: 1. La señal disponible en el puerto de salida del oscilador de Gunn contiene, además de los

componentes deseados en la frecuencia fundamental (aquí cerca a 9.5 GHz), armónicos superiores. Las amplitudes de estos armónicos superiores son más bajas por algunas órdenes de la magnitud de amplitud de la frecuencia fundamental. El cociente de las amplitudes de armónicos más altos con la frecuencia fundamental depende del voltaje de polarización Ug del elemento de Gunn.

2. Las diversas componentes de frecuencia de la señal se transfieren diferentemente desde el puerto de salida del oscilador Gunn a un punto de medición arbitrario de acuerdo a la función de transferencia dependiente de la frecuencia. Si la función de transferencia es "cercana" a cero para la frecuencia fundamental (por ejemplo punto mínimo en la línea ranurada terminada por la placa de cortocircuito), ella no es cercana a cero para los armónicos superiores. Esto es porque los armónicos superiores pueden ser dominantes en estos puntos de medición y por tanto serlo también en la señal del detector. Esta situación se ilustra en la Fig. 1.9.

3. El voltímetro selectivo de fase indica la diferencia de los valores del detector de señales

para el estado "OFF" y "ON" del modulador PIN. Las propiedades del modulador PIN como "se observa" de los armónicos superiores son diferentes de las propiedades de la componente de la frecuencia fundamental. Para el estado "off" la amplitud de los armónicos superiores pueden exceder la amplitud del estado "on". Esto puede ocurrir especialmente cuando el modulador PIN está conectado con una carga que refleja altamente y que conduce a resonancias en la sección de línea de transmisión entre modulador PIN y la carga.

4. Si la señal del diodo detector es más alta en el estado "OFF" que en el estado "ON", hay un

defasaje de 180 grados entre la señal usada para controlar el modulador PIN y la señal del diodo detector. Esto lleva a mostrar valores negativos en el voltímetro sensor de fase.

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Medidas para evitar valores negativos en el visualizador: Los valores negativos no siempre pueden ser evitados si se selecciona un rango de medición de 50 dB en el voltímetro selectivo. Pero para el rango de 45dB (y menos) las medidas siguientes pueden servir para evitar este efecto perturbador:

(A) Cambiando el voltaje de polarización del elemento Gunn en un rango aproximado de 7 a 9. Esto altera las amplitudes de los armónicos superiores. Observe que una desintonización del voltaje de polarización requiere que todas las medidas de la calibración estén repetidas con el nuevo voltaje de polarización.

(B) Evitar resonancias en la sección entre el modulador PIN y el reflejo de la carga

insertando el aislador en esta sección e insertando el atenuador ajustable entre el oscilador Gunn y el modulador PIN. Esta modificación posible en las configuraciones de la medición se ilustra en la figura. 1.10.

Fig. 1.9. Influencia de armónicos superiores en las mediciones resultantes:

(1) Espectro de la señal en la salida del oscilador Gunn. (2) Espectro en el punto de medición.

Page 18: 3era. Experiencia de Microondas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

DEPARTAMENTOS ACADÉMICOS

3RA. EXPERIENCIA DE LABORATORIO DE MICROONDAS

Ing. Víctor Córdova B. 18/18

Fig. 1.10. Alternativas para la realización del oscilador de microondas de pulso formado y amplitud modulada. Izquierdo: Configuración propuesta en el texto para los experimentos E2 a E12. Derecho: Realización alternativa (Ver también “modificación para el procedimiento del

experimento”)

(1) Oscilador Gunn (2) PIN-modulator (3) Aislador (4) Atenuador ajustable (= 5dB)

6.- Bibliografía: E.A. Wolf, R Kaul: Microwave and system application, Wiley & Sons, New york, 1988 R.V. Garver: Microwave Diode Control Devices Artech House, Deadham (MA) 1976 M.E. Hines: Fundamental Limitations in RF-Switching and Phase-Shifting Using Semiconductor Diodes Prac.IEEE 52, 697-708 (1946) G.Hiller: Design with PIN-Diodes, RF design, March/April and May/June 1979 M. Caulton et al: IN-Diodes for low frequency-High Power Switching Application IEEE Trans. Microwave Theory tech. MTT-30, 875 (1982)