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TRABAJO PRACTICO No 9

MEDICIONES DE POTENCIA DE SALIDA DE TRANSMISORES

INTRODUCCION TEORICA:Debido a las condiciones de alta frecuencia y componentes de varias frecuencias, a la potenciapuesta en juego, a las condiciones de adaptación de impedancia y al efecto de reflexión de potenciadesde la antena (carga), el proceso de medición de potencia en transmisores hace necesario crearinstrumentos que usen elementos especiales para no perturbar las condiciones de trabajo delsistema. Hay instrumentos que hacen uso de procesos Bolométricos, Fotométricos, Caloríficos yelementos de acoplamiento Direccionales. Este último, es el proceso más simple y usado para lamedición de potencia de salida de transmisores.Los Acopladores direcciones tienen la ventaja que permiten medir potencia en un amplio rango depotencias y frecuencias.El acoplador direccional es un dispositivo que sirve para tomar independientemente, muestras de laonda incidente y de la reflejada en una línea de transmisión. En una línea de transmisión, la ondaincidente es la señal de RF generada por el transmisor que se propaga desde él hacia la carga oantena. La onda reflejada es la onda devuelta por la carga hacia el transmisor como consecuencia deuna desadaptación de impedancia, al tener la carga distinta impedancia a la impedanciacaracterística de la línea de transmisión.Estas dos ondas viajando por la línea de transmisión dan origen a una onda estacionaria de corrientey tensión a lo largo de la línea.La relación entre la potencia incidente y reflejada captadas por el acoplador direccional y la relaciónde onda estacionaria presente en la línea de transmisión están dadas por la ecuación:

ROE: Relación de onda estacionariaR: Relación de potencia reflejada a potencia incidente.

El acoplador direccional, en conjunto con un medidor, permite medir las ondas viajando por lalínea. Este acoplador es un dispositivo adaptado en impedancia a la línea a medir, y se conecta enserie entre la carga y el transmisor. El puede ser una guía de ondas o un cable coaxial de 50 ohms.Este acoplador introduce una sonda en ese tramo para tomar una muestra de la señal presente en lalínea analizada. De acuerdo a la dirección del elemento insertado, se medirá la señal incidente o

RRROE

−+=

11

Incidente Potencia

Reflejada Potencia=R

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reflejada.Esta sonda está acoplada al conductor interno de la línea en forma capacitiva e inductiva.

La sonda está cargada por uno de sus extremos conuna resistencia de igual valor a la impedanciacaracterística de la sonda, y esta a su vez es igual ala impedancia característica de la línea principal.Esto hace que no haya desadaptación deimpedancia que perturbe al sistema original y lamedición sea lo más fiel posible.

Variando el acercamiento de la sonda a la líneaprincipal se controla el acoplamiento eléctrico ymagnético, con lo cual se induce mayor o menorcorriente en la sonda y con esto, se selecciona elrango de potencia a medir de acuerdo a la potenciapuesta en juego por el transmisor y la antena.

Hay inconvenientes físicos en la implementaciónde este tipo de acoplamiento, ya que la resistenciade carga de la sonda debe ser físicamente pequeñapero con capacidad suficiente de disipar lapotencia recibida por ella en caso de haber una altaonda reflejada, durante el proceso de medición deonda incidente.

Si hay una adaptación perfecta entre las líneas, cuando se mide onda incidente, no habrá corrientesobre la resistencia. Si hay desadaptación, habrá una corriente apreciable sobre la resistencia y estatendrá que poder disiparla. Para potencias elevadas, la inserción de una resistencia de potenciaelevada dentro de la sonda, presenta problemas eléctricos y mecánicos.Para potencias elevadas, se hace uso de acoplamientos de dos orificios, los cuales permiten que laresistencia esté en el exterior del coaxial de muestra, y por lo tanto, pueda ser cambiada de aacuerdo a la potencia puesta en juego.

Otro punto de suma importancia a tener en cuenta durante el proceso de medición de potencia deRF, es el hecho de que si por algún motivo se abre la línea en algún punto durante la transmisión, ladesadaptación de impedancia será infinita y la reflejada excesivamente alta, con lo cual se puedequemar el transmisor. En consecuencia, durante la medición, se debe extremar los cuidados yconexiones en el tiempo de transmisión.

- Vatímetro de Radio Frecuencia Bidireccional PHILCO FORD M164B

Instrumento bidireccional de medición de Potencia Incidente y Reflejada y ROE en el rango defrecuencias de 2MHz a 1000 MHz y de potencias desde 100 mW a 1KW. Impedancia deentrada/salida de 50 ohms. Este instrumento realiza las mediciones de potencia en forma nosimultánea, o sea, que para medir cada una de ellas se tiene que conmutar la dirección de la sondade muestreo.

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Este es un instrumento del tipo de sonda intercambiable para distintos rangos de potencia yfrecuencia que permite medir la potencia en una escala lineal con una precisión del 5 %.

En una escala adicional denominada VSWR (Relación de tensiones) se puede medir la ROE.

Base del instrumento Orificio de inserción de la pesca Instrumento armado para medición

El instrumento consta de una caja que contiene el medidor y las conexiones para intercalarlo en lalínea entre el transmisor y la antena o carga fantasma. El medidor tiene una sensibilidad de 25 µA.Posee distintas cápsulas o módulos (plug in) que contienen la sonda, con distintos rangos depotencia. Los módulos poseen en su parte superior un selector que permiten elegir entre cuatrorangos de potencias. A su vez, posee una flecha que indica la dirección en que se debe conectar elmódulo dentro de la caja para medir una y otra potencia.

Se lee alternativamente la incidente y la reflejada, y luego se determina la potencia verdaderairradiada por diferencia entre la incidente y la reflejada.

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Potencia Transmitida [W] = Potencia Incidente Pi [W] – Potencia Reflejada Pr [W]

Cada módulo varía la posición relativa de él sobre la línea principal haciendo que el acoplamientoentre él y la línea varíe de acuerdo a la potencia puesta en juego, permitiendo captar más o menosnivel de señal. En el caso de mayor potencia de transmisión, el acoplamiento debe ser menor, o sea,se toma la menor señal, alejando la pesca o sonda de la línea principal.

Si las potencias son menores, se usa un módulo que acerca más la sonda, aumentando la señaltomada de la línea principal.

Cada módulo tiene asignado un valor de factor de acoplamiento, por el cual hay que multiplicar elvalor leído para tener la verdadera potencia incidente o reflejada.

Potencia Incidente Pi [W] = Valor leído [W] x Factor de acoplamientoPotencia Reflejada Pr [W] = Valor leído [W] x Factor de acoplamiento

La medición de ROE se hace directamente sobre la escala VSWR siguiendo una secuenciadeterminada: Una vez determinado el módulo a usar, de acuerdo a frecuencia y potencia, seposiciona el módulo para medir potencia incidente. Luego se gira el potenciómetro CAL sobre lacaja, hasta desplazar la aguja del medidor para que indique fondo de escala. Con ese ajuste, se retirael módulo y se lo inserta en la dirección de la reflejada. Luego se hace transmitir al transmisor y semide la ROE sobre la escala VSWR.

Circuito Interno:

El acoplador direccional esta conformado por L101, C101, R101 y CR102. C102 y R102 forman uncircuito de compensación que da un factor de acoplamiento constante. C102 es el capacitor dealmacenamiento y R102 es la carga del diodo y determina la sensibilidad del instrumento.

El medidor M1 mide la salida de corriente continua. La compensación de temperatura es provistapor el termistor R103. Dado que al diodo CR101 se lo hace trabajar en la zona no lineal, o sea en lazona cuadrática de su característica, la potencia leída es proporcional a la intensidad al cuadrado.

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Como la resistencia de carga del transmisor (antena) es constante, se lee en el medidor el productoI2R.

Medidores de Potencia de Lectura Directa:Existen instrumentos que permiten hacer lecturas directa de Pi, Pr y ROE (SWR). Algunos permitenhacer la medición simultánea sobre escalas especiales del medidor, y otros hacen las mediciones enforma alternativa sobre la misma escala haciendo una conmutación de la dirección de la sonda.

Estos instrumentos son limitados en cuanto al rango de frecuencias y potencias que pueden usarse, yen cuanto a la precisión de los mismos.

1- Medidor NS-600 DAIWAEste es un instrumento que posee una doble escala y dos instrumentos de bobina móvil conectados alos sondas orientadas en oposición, a fin de medir la potencia incidente y la reflejadasimultáneamente. El valor de ROE sedetermina de acuerdo al punto deintersección de las dos agujas. Elproblema en esta determinación es lanecesidad de interpolar entre las escalasde ROE mostradas en el instrumento, locual da una lectura de poca precisión.

La precisión de este instrumento es de + 10 % a fondo de escala. La sensibilidad de detección deSWR y el rango de frecuencias y potencias depende del modelo.

1- Doble Instrumento de bobina móvil de doble escala

2- Selector de escala de potencia

3- Conector de Entrada RGU para conexión al Transmisor con impedancia de 50 Ohm.

4- Conector de Salida RGU para conexión a la antena ó a la antena fantasma de 50 Ohm.

5- Llave de encendido de la lámpara de iluminación.

6- Conector de alimentación de 13 Vdc para la lámpara.

7- Llave de selección de sonda interna (INT) osensor externo (EXT).

8- Conector para sensor/sonda externa.

Las precauciones de uso establecen usar cablescoaxial de 50 Ohm de impedancia característica yantenas fantasmas de 50 Ohm de resistencia pura,y evitar desadaptaciones o interrupción deconexión porque puede dañar el instrumento.

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La escala indicará la potencia incidente por medio de la aguja de la izquierda y la reflejada por laaguja de la derecha sobre la escala correspondiente.

El ROE (SWR) se determinará por la intersección de las dos agujas sobre las líneas de referenciainferiores.

2- Medidor REVEX –W520El Medidor REVEX es un instrumento de medición de potencia de Radio Frecuencia (de 1,8 MHz a200 MHz) que hace las mediciones en forma alternativa usando un acoplador direccional de bandaancha con un núcleo toroidal de bajas pérdidas por inserción y sin distorsionar el sistematransmisor/antena. La potencia de trabajo va del 0 W a 200 W, y la precisión es de + 10% a fondode escala. La mínima potencia para medición de SWR es de 1 W y permite una medición de SWRdesde 1 a infinito.

La impedancia de entrada es de 50 Ohms y las pérdida de inserción es menor a 0,15dB.

El medidor también permite leer la potencia pico de la envolvente PEP.

1- Medidor de bobina móvil simple.2- Llave de selección de rango de potencia de trabajo (2W / 20W / 200W).3- Llave de selección de lectura de potencia o de ROE (SWR).4- Vernier para ajustar el instrumento a la posición CAL para medición de SWR.

5- Llave de selección de lectura de potencia Incidente (FWD) o Reflejada (REF).6- Perilla de selección de Potencia promedio o PEP (Peak Envelope Power). Hacia afuera

indica PEP y hacia adentro indica medición de potencia media.7- Tornillo de ajuste de cero del medidor.8- Conector de entrada de señal al transmisor con adaptación de 50 Ohms.9- Conector de salida de señal a la antena fantasma con adaptación de 50 Ohms.

Operación:

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Conectar el transmisor y la antena fantasma a los conectores correspondientes del medidor usandocable coaxial de 50 Ohm. Verificar buena conexión entre los elementos antes de alimentar losmismos, para evitar daño a alguno de ellos.

(1) Configurar el medidor al máximo de potencia permisible. Luego de verificar los valores depotencia leída, bajar el selector al rango conveniente. Llave RANGE.

(2) Configurar el Vernier (hacia adentro) para medición de Potencia promedio. CALIBRATION

(3) Coloque la llave FUNCTION en la posición POWER para medir potencia incidente oreflejada.

(4) Colocar la llave POWER en FWD para medición de potencia incidente.

(5) Encender el transmisor y pulsar para transmitir. Hacer la medición del Pi.

(6) Colocar la llave POWER en REF para medición de potencia reflejada.

(7) Encender el transmisor y pulsar para transmitir. Hacer la medición del Pr.

(8) Colocar la llave FUNCTION en la posición CAL, la llave FUNCTION en FWD, pulsar elbotón para transmitir en el transmisor, y ajustar el Vernier hasta que la aguja alcance laindicación CAL sobre la escala, a la derecha.

(9) Colocar la llave de FUNTION en la posición SWR.

(10) Encender el transmisor y pulsar para transmitir. Hacer la medición de SWR. Si la potencialeída es menor a 20 W, hacer la lectura de SWR en la escala “L”. Si es mayor, hacer lamedición en la escala “H”.

Si bien la potencia a medir puede ser de hasta 200 W, los máximos valores de potencia permitidossegún la frecuencia de trabajo son:

1.8 – 3.5 MHz 100 W3,5 – 50 MHz 150 W50 – 100 MHz 100 W100 -200 MHz 70 W

Como el ROE está en función de la Potencia Reflejada y la escala de ROE está calibrada para cadavalor de Pr, se tiene una tabla de relación entre la SWR y la potencia reflejada en %.

SWR 1,0 1,1 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0Pr [ %] 0 0,22 0,8 4,0 11,1 18,4 25,0

La explicación de esta tabla es la siguiente:

Si la reflexión es nula el porcentaje de reflexión es del 0 %. En el caso de que haya reflexión total, osea la potencia reflejada es igual a la incidente, el porcentaje de reflexión es del 100 %.

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Al calibrar el medidor a fondo de escala , se supone una reflexión total del 100 % independiente delvalor de potencia incidente.

En consecuencia, para calibrar el instrumento, se aplica la onda incidente sobre el medidor y setoma una muestra de ese valor para llevar la indicación a fondo de escala (100 % de reflexión).Luego como los valores relativos de reflexión se encontrarán entre 0 % y 100 %, dependerá delporcentaje de onda reflejada; al colocar el medidor en posición SWR, lo que se está midiendo es elporcentaje de onda reflejada respecto al de onda incidente. Como la escala está graduada según latabla anterior, el instrumento da el valor de SWR.

PRACTICA DE LABORATORIO

Objetivo: Familiarización con los medidores de potencia de Radio Frecuencia, su uso yprecauciones y con las diferentes técnicas de medición en Potencia de Transmisores.

1- Elementos a utilizar:- Radio transmisores:

Marca: N° de Serie Potencia de Salida: Frecuencia de trabajo:- Vatímetros de RF:

Marca: N° de Serie Rango de Salida: Rango de FrecuenciasSensibilidad: Factores de acoplamiento:

- Antenas y cargas fantasmas.

2- Procedimiento:Aplicar similar procedimiento para los distintos tipos de medidores usados, inclusive para los demedición simultánea de los tres valores.

1- Verificar los datos de los transmisores y vatímetros a fin de evitar daños a los instrumentos ytransmisores. Verificar estado de fuentes de alimentación de los transmisores.

2- Seleccionar los Acopladores adecuados para cada potencia y frecuencia. Por seguridadcomenzar por acopladores de mayor potencia y en el rango de mayor frecuencia.

3- No encender los transmisores antes de hacer las conexiones de los elementos.4- Conectar mediante cables coaxiales el vatímetro entre el transmisor y la antena o carga

fantasma.

5- Configurar el medidor para medición de potencia incidente.

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6- Encender el medidor y el transmisor. Pulsar el botón de transmisión y verificar que el sistemaesta transmitiendo, haciendo uso de un receptor a la frecuencia de trabajo.

7- Realizar la medición pulsando momentáneamente el botón de transmisión; y las correccionesnecesarias.

8- Apagar el transmisor y configurar el vatímetro para medición de onda reflejada.

9- Encender el transmisor y realizar la medición pulsando momentáneamente el botón detransmisión; y las correcciones necesarias

FrecuenciaTransmitida

Coef. deAcoplamiento

PotenciaIncidente (w)

PotenciaReflejada (w)

PotenciaTransmitida

(w)

ROE(Leído)

ROE(Calculado)

10- Calcular el valor de la potencia verdadera de salida:

Potencia Transmitida [W] = Potencia Incidente Pi [W] – Potencia Reflejada Pr [W]

11- Configurar el vatímetro para medición de ROE. Verificar el valor obtenido por medio de laecuación:

Realizar el informe, indicando todos los datos de los instrumentos utilizados, las precauciones,riesgos, recomendaciones de uso, circuitos usados, tabla de valores obtenidos y a las conclusionesarribadas en cada caso.

Preguntas:1 – Entre qué valores puede variar ROE?2 - Qué ventajas tiene el Vatímetro Sierra/Philco?3 - Qué desventajas tiene el Vatímetro Sierra/Philco?

PrPr

−+=

PiPiROE