MEDICIONES DE POTENCIA DE SALIDA DE TRANSMISORES
INTRODUCCION TEORICA:
Debido a las condiciones de alta frecuencia y componentes de varias frecuencias, a la potencia puesta en juego, a las condiciones de adaptación de impedancia y al efecto de reflexión de potencia desde la antena (carga), el proceso de medición de potencia en transmisores hace necesario crear instrumentos que usen elementos especiales para no perturbar las condiciones de trabajo del sistema. Hay instrumentos que hacen uso de procesos Bolométricos, Fotométricos, Caloríficos y elementos de acoplamiento Direccionales. Este último, es el proceso más simple y usado para la medición de potencia de salida de transmisores.
Los Acopladores direccionales tienen la ventaja que permiten medir potencia en un amplio rango de potencias y frecuencias.
El acoplador direccional es un dispositivo que sirve para tomar independientemente, muestras de la onda incidente y de la reflejada en una línea de transmisión. En una línea de transmisión, la onda incidente es la señal de RF generada por el transmisor que se propaga desde él hacia la carga o antena. La onda reflejada es la onda devuelta por la carga hacia el transmisor como consecuencia de una desadaptación de impedancia, al tener la carga distinta impedancia a la impedancia característica de la línea de transmisión.
Estas dos ondas viajando por la línea de transmisión dan origen a una onda estacionaria de corriente y tensión a lo largo de la línea.
La relación entre la potencia incidente y reflejada captadas por el acoplador direccional y la relación de onda estacionaria presente en la línea de transmisión están dadas por la ecuación:
ROE: Relación de onda estacionaria
R: Relación de potencia reflejada a potencia incidente.
El acoplador direccional, en conjunto con un medidor, permite medir las ondas viajando por la línea. Este acoplador es un dispositivo adaptado en impedancia a la línea a medir, y se conecta en serie 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 la línea analizada. De acuerdo a la dirección del elemento insertado, se medirá la señal incidente o 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 con una resistencia de igual valor a la impedancia característica de la sonda, y esta a su vez es igual a la impedancia característica de la línea principal.
Esto hace que no haya desadaptación de impedancia que perturbe al sistema original y la medición sea lo más fiel posible.
Variando el acercamiento de la sonda a la línea principal se controla el acoplamiento eléctrico y magnético, con lo cual se induce mayor o menor corriente en la sonda y con esto, se selecciona el rango de potencia a medir de acuerdo a la potencia puesta en juego por el transmisor y la antena.
Hay inconvenientes físicos en la implementación de este tipo de acoplamiento, ya que la resistencia de carga de la sonda debe ser físicamente pequeña pero con capacidad suficiente de disipar la potencia recibida por ella en caso de haber una alta onda reflejada, durante el proceso de medición de onda incidente.
Si hay una adaptación perfecta entre las líneas, cuando se mide onda incidente, no habrá corriente sobre la resistencia. Si hay desadaptación, habrá una corriente apreciable sobre la resistencia y esta tendrá que poder disiparla. Para potencias elevadas, la inserción de una resistencia de potencia elevada dentro de la sonda, presenta problemas eléctricos y mecánicos.
Para potencias elevadas, se hace uso de acoplamientos de dos orificios, los cuales permiten que la resistencia esté en el exterior del coaxial de muestra, y por lo tanto, pueda ser cambiada de a acuerdo a la potencia puesta en juego.
Otro punto de suma importancia a tener en cuenta durante el proceso de medición de potencia de RF, es el hecho de que si por algún motivo se abre la línea en algún punto durante la transmisión, la desadaptación de impedancia será infinita y la reflejada excesivamente alta, con lo cual se puede quemar el transmisor. En consecuencia, durante la medición, se debe extremar los cuidados y conexiones 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 de frecuencias de 2MHz a 1000 MHz y de potencias desde 100 mW a 1KW. Impedancia de entrada/salida de 50 ohms. Este instrumento realiza las mediciones de potencia en forma no simultánea, o sea, que para medir cada una de ellas se tiene que conmutar la dirección de la sonda de muestreo.
Este es un instrumento del tipo de sonda intercambiable para distintos rangos de potencia y frecuencia 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.
El instrumento consta de una caja que contiene el medidor y las conexiones para intercalarlo en la línea entre el transmisor y la antena o carga fantasma. El medidor tiene una sensibilidad de 25 A.
Posee distintas cápsulas o módulos (plug in) que contienen la sonda, con distintos rangos de potencia. Los módulos poseen en su parte superior un selector que permiten elegir entre cuatro rangos de potencias. A su vez, posee una flecha que indica la dirección en que se debe conectar el módulo dentro de la caja para medir una y otra potencia.
Se lee alternativamente la incidente y la reflejada, y luego se determina la potencia verdadera irradiada por diferencia entre la incidente y la reflejada.
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 acoplamiento entre él y la línea varíe de acuerdo a la potencia puesta en juego, permitiendo captar más o menos nivel 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 señal tomada de la línea principal.
Cada módulo tiene asignado un valor de factor de acoplamiento, por el cual hay que multiplicar el valor leído para tener la verdadera potencia incidente o reflejada.
Potencia Incidente Pi [W] = Valor leído [W] x Factor de acoplamiento
Potencia Reflejada Pr [W] = Valor leído [W] x Factor de acoplamiento
La medición de ROE se hace directamente sobre la escala VSWR siguiendo una secuencia determinada: Una vez determinado el módulo a usar, de acuerdo a frecuencia y potencia, se posiciona el módulo para medir potencia incidente. Luego se gira el potenciómetro CAL sobre la caja, hasta desplazar la aguja del medidor al punto CAL (casi al fondo de escala).
Nota: para lograr esto, normalmente se elige una escala de potencia del módulo, menor a la potencia incidente, a fin de poder llegar al fondo de escala. El potenciómetro devira parte de la potencia incidente por él, a fin de permitir que la aguja llegue a la posición CAL.
Con ese ajuste, se gira el módulo en la dirección opuesta para posicionarlo en la dirección de la onda reflejada. Luego se hace transmitir al transmisor y se mide la ROE sobre la escala VSWR.
El acoplador direccional esta conformado por L , C , R y CR . C y R forman un
101 101 101 101 102 102circuito de compensación que da un factor de acoplamiento constante. C es el capacitor de 102 almacenamiento y R es la carga del diodo y determina la sensibilidad del instrumento.
102 El medidor M1 mide la salida de corriente continua. La compensación de temperatura es provista por el termistor R . Dado que al diodo CR se lo hace trabajar en la zona no lineal, o sea en la 103 101zona cuadrática de su característica, la potencia leída es proporcional a la intensidad al cuadrado.
Como la resistencia de carga del transmisor (antena) es constante, se lee en el medidor el producto I2 R.
Pagina fuente:
Nombre: Josmar Eduardo Depablos Rodriguez
Asignatura: Circuitos de Alta Frecuencia
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