Previo microondas

LABORATORIO DE MICROONDAS 1° Informe Previo

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

Laboratorio de Control EE545-M

Informe: Características del oscilador Gunn

Profesor: Ing. Alberto Cajahuaringa

Alumno: Chirre Chávez Daniel Andrés 20081007E

Balcázar Sáenz Alberto 20061030A

LABORATORIO DE MICROONDAS FIEE-UNI


DESARROLLO TEORICO:

OSCILADOR GUNN

Efecto Gunn:

En materiales como el GaAs, la movilidad de los electrones disminuye por encima de un umbral de intensidad de campo eléctrico Eth.

Cuando la intensidad de campo eléctrico se incrementa más, mas electrones se transfieren a un estado donde su masa efectiva llega a ser mayor, disminuyendo su velocidad. Para E>Eth los electrones tienen movilidad diferencial negativa, un incremento en la intensidad de campo resulta en una disminución de velocidad de difusión (“drift”).



También se genera una inestabilidad de la carga espacial como consecuencia de la movilidad diferencial negativa.

Se produce una zona de racimo (Bunching) que genera una capa de enriquecimiento de portadores cuando se incrementa la intensidad en el lado del ánodo. En el evento de una deficiencia ocurre una capa de empobrecimiento.

Cuando estas capas se aproximan se genera un dominio, el cual puede poseer un campo tan alto que ningún otro dominio puede formarse hasta que el existente haya desaparecido.

Si no hubiera resonador la potencia de microondas generada seria determinada por el tiempo que le toma a los dominios pasar a través del diodo (tiempo de transito).

Diseño del Oscilador

Es usado el resonador de cavidad rectangular, en este caso la energía es almacenada

alternativamente en el campo eléctrico y magnético.



La frecuencia de resonancia de este tipo de oscilación es:

fo=15 .√ 1a2+ 1s2Las oscilaciones electromagnéticas de la cavidad son atenuadas por las pérdidas en las paredes metálicas. Suficiente potencia de microondas es alimentado dentro del resonador para compensar las pérdidas en las paredes y lograr una oscilación constante y sostenida.

Existen dos posibles configuraciones: El elemento Gunn es acoplado al resonador usando un poste metálico, y la carga es acoplado usando una abertura (agujero o ranura). Otra seria que el poste metálico cumple ambas funciones, el acoplamiento del resonador al elemento Gunn como a la carga.



Equipos Requeridos:

73701 Oscilador Gunn

El oscilador Gunn sirve para generar potencia de microondas.

Está compuesto por módulos y puede ser separado en los siguientes elementos componentes:

- Modulo diodo-Gunn, longitud aprox. 27 mm

- Pared posterior de la cubierta

- Diafragma perforado con abertura de 8 mm de diámetro

- Adaptador para guía de ondas, 32 mm

Es posible operar el equipo como oscilador de frecuencia variable empleando adicionalmente las unidades de sintonía a dieléctrico, de sintonía a varactor o el cursor de cortocircuito, en el rango de frecuencia de aprox. 8,5 GHz...11 GHz.

Diseño:

Modulo diodo-Gunn de aluminio. Adaptador de guía des ondas con elementos de conexión rápida LD.

Datos técnicos:

Tensión de operación: 8...10 V c.c.

Consumo de corriente: aprox. 120 mA



Frecuencia de operación: 9,40 GHz

Potencia de microondas: > 10 mW, valor típico 15 mW

Conexión: conector BNC hembra

Tipo de guía de ondas: R100

737021 Fuente de alimentación Gunn con medidor SWR

La fuente de alimentación Gunn suministra la tensión de c.c. y la tensión de control requeridas para el funcionamiento del oscilador Gunn y del modulador PIN, y facilita una evaluación cuantitativa de la señal demodulada de microondas. Este equipo esta provisto además de diferentes entradas y salidas para ensayos de modulación y trazo de curvas características.

Diseño:

Equipo de sobremesa de 19" con soporte reclinable.

Datos técnicos:

FUENTE DE ALIMENTACION GUNN



Tensión Gunn: - 10 V < UG < 0 V variable mediante un potenciómetro de 10 vueltas, con protección contra cortocircuitos

Corriente Gunn: max. 200 mA

Visualización: 0...10 V, 0...200 mA, indicador LED para selección de la escala.

Mecanismo de medición: Clase 1,5 con escala de espejo.

Entradas/salidas:

GUNN: alimentación de c.c. del oscilador Gunn.

X/Y: para el registro de curvas características con ayuda del registrador XY.

SALIDA DOPPLER: para ensayos con el radar Doppler.

MOD IN: para la modulación directa del oscilador Gunn.

Señal de entrada max. ± 10 V.

MODULADOR PIN

Oscilador de pulsos de reloj: 976 Hz, 0...5 V, 0...10 mA a prueba de cortocircuito.

Entradas/salidas:

PIN: Conmutador basculante para selección de modulación interna, mediante oscilador de pulsos de reloj, o modulación externa.

MOD: para modulación externa de modulador PIN, señal de entrada max. ± 10 V.

MEDIDOR DE SWR (Ondas Estacionarias)

Principio de funcionamiento: detección por enganche con sincronización interna mediante el oscilador de pulsos de reloj.

Rango dinámico: 0...55 dB ajustable en 12 niveles, 5 dB adicionales a través de ganancia variable.

Sensibilidad: 1 μVRMS en reflexión a plena escala.

Precisión: ± 0,3 dB en todo el rango.

Frecuencia media: 976 Hz.

Ancho de banda: 10 Hz.

Visualización:



Escala de potencia: + 0,5 dB...- 20 dB (calibrada en dB para los detectores según la ley del cuadrado).

Escala SWR: 1,00...5.

Escala lineal: 0...100 % (0 dB corresponden a 100 %).

Mecanismo de medición: clase 1,5 con escala simétrica.

Entradas/salidas:

ENTRADA: sin polaridad, impedancia 10 kOhm.

SALIDA DE AMP.: salida de c.c. para la tensión de medición.

MOD

Entradas/salidas:

ENTRADA: común para señales ANALOG y TTL, impedancia 50 Ohm.

SALIDA ANALOG: señal analógica max. ± 2 V, ancho de banda 1 MHz, ganancia aprox. 30.

SALIDA TTL: nivel TTL.

Todas las salidas/entradas se efectúan a través de conectores BNC hembra.

Conexión a la red: 115/230 V, 50 Hz, aprox. 20 VA, con cable de conexión a la red y enchufe con terminal de conexión a tierra.

Dimensiones: 500 x 330 x 150 mm (l x a x h).

Peso: aprox. 8 kg.

73708 Detector para guía de ondas



El detector de guía de ondas se instala para verificar y mezclar energía de microondas.

Diseño:

Módulo de aluminio con conectores rápidos LH.

Datos técnicos:



73712 Guía de ondas de 200 mm

Guía de ondas de latón, niquelada.


73706 Aislador. Guía de ondas unidireccional



La guía de onda unidireccional es uno de los componentes de microondas de comportamiento no recíproco. Durante el desplazamiento de la microonda progresiva no se experimenta prácticamente ningún tipo de atenuación, por el contrario, la onda regresiva es fuertemente absorbida. Este componente funciona según el principio de desplazamiento del campo y es empleado especialmente para el desacoplo del oscilador del resto del circuito de medición que se ha instalado.

Diseño:

Guía de onda de aluminio.

Datos técnicos para f0: 9,40 GHz

Aislamiento: > 20 dB

Perdidas por inserción: < 1,5 dB

SWR: < 1,25


Longitud: 13 mm

Peso: 50 g

73705 Modulador PIN



Mediante el modulador PIN se modula en AM la señal de microondas. Cuando se limita una señal modulada en frecuencia se puede realizar la detección con un ancho de banda muy selectivo. Se reduce el efecto del ruido e interferencias y se mejora la sensibilidad de las mediciones. El modulador PIN se puede emplear en la zona de comportamiento lineal de su curva característica como modulador de amplitud analógica, así como, en modo de conmutación, para modulación digital.

Diseño:

Módulo de aluminio con conectores rápidos LD.

Datos técnicos a f0 = 9,40 GHz:

Perdidas de inserción aT: aprox. 1 dB

Atenuación de bloqueo aR: aprox. 15 dB

Tensión de operación: 0...1,0 V c.c.

Consumo de corriente: 0...10 mA

Frecuencia de modulación: > 5 MHz



73709 Atenuador variable



Se requiere para la reducción de la potencia disponible de microondas, p.ej. para hacer que el detector opere en la zona cuadrática de su curva característica. Para este fin, a lo largo del eje de la guía de ondas y paralela al campo eléctrico, se coloca una paleta de atenuación, la que se regula mediante un tornillo micrométrico.

Diseño:

Guía de ondas de aluminio con elementos de conexión rápida LD. Mecánica libre de histéresis con tornillo micrometrico. La curva característica de atenuación esta representada en la carcasa.

Datos técnicos:

Atenuación: > 20 dB

Calibración: - 3 dB y - 20 dB para 9,40 GHz


Longitud: 120 mm

Peso: 650 g

OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA



1- Caracterizar el funcionamiento del oscilador a diodo Gunn mediante las curvas de IG-VG, f-VG, VD-VG. Analizar la posibilidad de funcionamiento como VCO del oscilador.

2- Familiarizarse con el uso del frecuencímetro de absorción para medir frecuencias de las señales que se propagan en la guía de ondas.

El circuito a desarrollarse es:

DÓNDE:

737 01: OSCILADOR GUNN

737 06: AISLADOR DE FERRITA

73709: ATENUADOR VARIABLE

737 035: TRANSICIÓN GO/COAXIAL

737 03: COAX. DETECTOR




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