Gerador de RF

Propagação e Radiação de Ondas Electromagnéticas
GERADOR DE RF , DETECTORES , PONTE REFLECTOMÉTRICA
2.1- Gerador de RF mod. LAG/EV
2.1.1- Características técnicas
Alimentação
Potência de saída
Impedância de saída
Conectores
Frequencímetro de saída
Banda de frequências
Frequências de saída
Regulação de potência
Controlo automático de nível(ALC)
Modulação
Carga – baterias
Sweep
190-230Vca ou110Vca
1.5 W máx.
75 Ohm
BNC
resolução 0.1 MHz
de 469.5 a 853.5 MHz sintetizadas (PLL)
de escalas de :
20 MHz de 469.5 a 669.5 MHz
8 MHz de 669.5 a 733.5 MHz
20 MHz de 733.5 a 853.5 MHz
Contínua dentro de 60 dB com possibilidade de
variação rápida (- 6 dB)
Variação da potência de saída dentro
de +/- 1 dB em toda a banda de frequências.
ALC excluível para provas em potência
máxima.
1000 Hz - onda quadrada - inserível.
de corrente constante para alimentação dual
+ 20 mA - 20 mA.
+/- 15 MHz inserível com o contador do Marker
Piloto sincronização PLL.
2.1.2- Descrição
Front panel na figura 2.1
O gerador permite a realização de experiências com antenas e linhas na gama UHF
(banda IV e V).
As frequências utilizadas estão sintonizadas em volta do centro-banda de 701.5 MHz
frequência em que o instrumento se predispõe automaticamente quando ligado.
A variação da frequência é efectuada de maneira cíclica premindo as teclas UP ou
DOWN . A cada pressão corresponde uma variação na direcção desejada.
Uma vez alcançado o limite da banda (469.5 = extremo inferior; 853.5 = extremo
superior) a exploração pára temporariamente para a seguir começar de novo pelo
extremo oposto.
A saída do gerador é mantida constante (+/- 1 dB) mediante um circuito ALC
(Automatic Levei Control) que intervêm antes de uma resistência de carga de 75
Ohm a qual constitui portanto a impedância da saída do mesmo gerador. O circuito
ALC poderá desligar-se para realizar algumas experiências nas quais é necessário
aproveitar ao máximo a potência produzida pelo gerador. Nesta situação a saída já não é
constante ao variar a frequência.
A variação da potência de saída com o manípulo do painel é cerca de 60 dB (1:
1000), já que a pouco e pouco nas medidas é mais cómodo poder alterar a potência
de saída ( -6 dB).Para isto foi previsto um interruptor HI/LOW POWER.
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A modulação da onda quadrada permite a utilização de um voltímetro de c. a. (portanto de um
amplificador de baixa frequência para aumentar a sensibilidade) para
efectuar as medidas de campo ou de sinal.
O carregador de baterias fornece duas correntes constantes de + 10 ou -10 mA em condições
para carregar as baterias de níquel - cádmio utilizadas para o medidor de campo, o
medidor de I-V e o amplificador da ponte reflectométrica.
Nota: uma vez efectuada a carga, desligar as baterias do carregador de bateria; a
carga excessiva poderá danificar baterias.
O "SWEP" incorporado realiza uma exploração quase linear de aproximadamente
+/- 15 MHz em torno da frequência de centro-banda mediante os pulsadores
do painel. Quando a tensão de exploração corresponde a tensão centro-banda
pretendida, a exploração pára (ponto luminoso no monitor) e o Frequencímetro mostra a
frequência.
FIG. 2.1
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2.2- Medidor de campo Mod. FSM/LA
È constituído por uma antena de medida regulável em comprimento, um detector de
tensão e um indicador de díodos LED.

Entradas:



conector IEC (para antena de medida)
conector BNC
conector para carregador de baterias

Comandos:


interruptor de ligação e regulador de sensibilidade fina.
sensibilidade x1 e x1O

Indicadores:


LED de ligação (intermitente quando a tensão da bateria desce abaixo de +7.5 V)
10 LED para indicação da intensidade de campo.
2.3- Detector de tensão-corrente Mod. VI/LA
È constituído por uma sonda de corrente, uma sonda de tensão, um detector e um
indicador de díodos LED.








Entradas:
conector para o carregador de baterias
Comandos:
interruptor de ligação e regulador de sensibilidade
medidor de corrente (I) ou de tensão (V)
Indicadores:
LED de ligação (intermitente quando a tensão da bateria desce abaixo de +7.5 V)
10 LED para indicação do nível da corrente ou tensão.
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2.4- Ponte reflectométrica
De seguida resumimos algumas definições úteis.
O "coeficiente de reflexão" de uma carga Z aplicado a uma linha de impedância
característica Zo expressa a razão entre a onda de tensão reflectida e a onda de
tensão incidente.
vale:
 Z0 
Z 
  1 1  0 
Z  Z0  Z 
V
 Z 
RHO  r 


Vi Z  Z 0  Z 0 
Z 
  1 1  0 
 Z 
 Z 
E varia de -1 (linha em curto-circuito; Z = 0) a +1 (linha aberta; Z = infinito), tomando
o valor 0 se Z=Zo
A razão da onda estacionária (SWR) expressa a razão entre o valor máximo e o
valor mínimo da tensão na linha, ou seja, entre a tensão existente, na qual a onda
directa e a onda reflectida se somam, e a existente, na qual a onda directa e a onda
reflectida se subtraem:
V
1   r
Vmáx Vi  Vr
 Vi
SWR 


V min Vi  Vr
V
1   r
 Vi


 1  RHO

 1  RHO


onde Vi é a tensão directa e Vr é a tensão reflectida.
A razão inversa é:
RHO 
Vr
SWR  1

Vi
SWR  1
Já que o RHO expressa uma razão, esta pode expressar-se em decibeis (dB). Chamase então RETURN LOSS (perda de retorno) pois mede a quantidade de
potência rechaçada pela carga desadaptada:
RETURN  LOSS 
Vr
Vi
 20 log
dB
Vr
 20 log RHO
Vi
A razão de ondas estacionárias, se a carga é meramente resistiva, resulta igual à
razão entre a resistência da carga e a impedância da linha ( se Z>Zo) ou a sua
reciprocidade (se Z<Zo).
O diagrama eléctrico da ponte é apresentado na figura 2.2,
O funcionamento pode explicar-se da seguinte forma:
A ponte resulta primordialmente composta pelas duas resistências de 75 Ohm, a
impedância conhecida Zn e a impedância incógnita Zx. Os condensadores C1 e C3
são de valor idêntico e reactância desprezível em altas frequências.
Se Zx = Zn, a ponte está em equilíbrio, ou seja, um sinal aplicado na entrada “gerador” dividese em partes iguais nos ramos da ponte, os pontos A e B encontram-se na mesma tensão e o
díodo não detecta nenhum sinal.
Se Zx  Zn os pontos A e B encontram-se em tensões distintas; ao díodo é aplicada a
diferença entre as duas tensões, que vem rectificada e entregue ao medidor, através das
resistências de 10 KOhm e do condensador do filtro.
A ponte fornece portanto, uma medida da razão entre as impedâncias Zn e Zx,
em forma de uma tensão contínua; observe que a tensão aplicada ao díodo é
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igual se bem que as tensões Vzx e Vzn estão interligadas entre si, já que o
desbalance da ponte é o mesmo.
Se Zx fica aberto, a Vzn é igual à metade da tensão fornecida pelo gerador, Vzx é
igual à tensão do gerador e portanto Vd = Vzx/2; em troca, se Zx está em
curto-circuito, Vzx = 0 e Vd é todavia igual à metade da tensão do gerador.
Se Zx é substituída por uma linha adaptada, o sinal que entra na ponte vem
apenas da impedância terminal, portanto a ponte está em equilíbrio; se na troca a
linha não é adaptada, a tensão reflectida é medida pelo voltímetro, já que se soma
à da incidente.
O valor máximo de Vout é obtido com o curto-circuito ou com o circuito aberto
(ou seja, com o desbalanceamento máximo da ponte) e é igual à metade da tensão
produzida pelo gerador.
Sendo E a tensão produzida pelo gerador (figura 2.2) as tensões Zn e Zx são:
Vzn 
E
2
 Zx 
Vzn  E 

 Zx  Z 0 
E a tensão no díodo:
 2Zx  Zx  Zo  E  Zx  Zo  E
1
E SWR  1
 Zx
   
Vd  Vzn  Vzx  E 
   E 
   RHO  
2 SWR  1
 Zx  Zo 2 
 2Zx  Zo   2  Zx  Zo  2
A tensão detectada é então proporcional ao valor absoluto do coeficiente de reflexão RHO
e, portanto,
Se Zx = 0 ou melhor, Zx = infinito, então
RHO  1 ; Vout = E/2.
Se Zx = Zn a tensão de saída é nula.
Se a potência absorvida pelo díodo é desprezível, é dizer que a carga aplicada ao
circuito de c.c. ligada ao díodo é de alta impedância, então a formula é exacta.
Lamentavelmente o díodo não está em condições de detectar linearmente as tensões inferiores
a cerca de 200 mV e devemos ter isto em conta durante as medidas.
FIG. 2.2
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2.4.1- Utilização do reflectómetro
Com o cabo de 9 cm de impedância de 75 Ohm, ligar o gerador na entrada do
reflectómetro marcado “INPUT” (fig, 2,3). A saída marcada “OUT SCOPE”, poderá ligar-se na
entrada vertical de um osci1oscópio de 100mV/div , ou a um voltímetro com alcance de 500 mV.
Ligar uma das duas resistências de terminação de 75 Ohm no ponto Zn, deixando vazio o
conector marcado "Zx".
Rodar completamente o potenciómetro OUT LEVEL no sentido dos ponteiros do
relógio e pôr o comutador HI/LOW na posição HI. A modulação não é utilizada
e, portanto, deverá desligá-Ia.
Ligar o gerador. O Frequencímetro tem que indicar a frequência do centro-banda,
ou seja, 701.5 MHz. Recordamos que este valor poderá sempre obter-se premindo
simultaneamente os dois botões UP e DOWN.
A tensão indicada pelo voltímetro ou pelo osciloscópio é de algumas centenas de mV de
qualquer forma depende da resposta na frequência e da resistência de terminação e do
detector interno do reflectómetro.
Colocar a leitura a um valor conhecido, por exemplo 300 mV, utilizando o potenciómetro OUT
LEVEL.
Variar a frequência : A 469.5 MHz a tensão detectada tenderia a ser superior (aprox. 400 mV,
cerca +2,5dB), enquanto que a 853,5 MHz a tensão detectada é inferior (aprox. 250mV, ou seja
-1,6dB). As causa desta diferença, teoricamente a medida teria que ser constante, são as
perdas introduzidas pelo cabo, pela curta dimensão, e pelos conectores.
A variação total terá que considerar-se aceitável.
Premir as teclas UP e DOWN para regressar à frequência de centro-banda e
regular a sensibilidade do osciloscópio até obter o traço no extremo superior do
monitor, ou melhor, utilizando um voltímetro, aumentar o índice ao fundo da escala
trabalhando no nível da saída do gerador; nos nossos exemplos supomos o uso de
um valor de 300 m V.
Inserir agora o segundo terminal de 75 Ohm no ponto marcado com Zx. mediante
o cabo de 9 cm; A saída descerá imediatamente a zero, já que a ponte
ficará balanceada. Variando a frequência, a saída resultará constantemente
nula, já que o comportamento das impedâncias Zn e Zx resultará idêntico nas
diferentes frequências.
Inserir como Zx uma resistência de 50 Ohm. A SWR neste caso é: 75/50 = 1.5
O coeficiente de reflexão, ou seja. a razão entre tensão reflectida e tensão directa.
resulta:
RHO 
SWR  1 1,5  1

 0,2
SWR  1 1,5  1
Portanto a tensão medida, que é proporcional ao coeficiente de reflexão RHO teria
que ser 0,2 x 300 = 60 mV . Poderá medir-se um valor ligeiramente interior, já que o
díodo detector não é linear e a não linearidade acentua-se ao diminuir a tensão
aplicada.
Se em vez de 50 Ohm introduzirmos como Zx uma resistência de 100 Ohm o
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resultado será similar; a SWR é 100/75 = 1.33 e as leituras são portanto
ligeiramente inferiores às anteriores.
Observe que o reflectómetro não está em condições de determinar se a impedância desconhecida é
inferior ou superior à impedância de referência e apenas pode indicar a razão.
Em qualquer das formas, o dado mais importante é que quanto menor for a leitura
melhor será a adaptação de impedância. Na prática conhecer exactamente os valores
altos da SWR (superiores a 10 ) não é indispensável já que se trata sempre de obter a
adaptação correcta e não interessa saber o quanto uma adaptação é má, mas sim dentro que certo
limite se encontra. Também as adaptações com o SWR inferior a 1.5 são boas uma vez que a
potência transferida é superior a 95% da disponível.
FIG. 2.2
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