T4 v8(2)
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1. O dispositivo em estudo encontra se representado esquem ticamente na Fig 3 trata se de um T em guia de ondas com deriva o no plano H SPR 1500 X O bra o que cont m o plano de simetria bra o 1 est carregado internamente com um poste reactivo dimensionado por forma a anular as reflex es nesse bra o quando os restantes est o terminados por cargas adaptadas Aquela adapta o interna no entanto intencionalmente de banda estreita O circuito equivalente da jun o necess rio para dimensionar o poste reactivo de adapta o est especificado de forma sum ria na Fig 3 os pormenores podem ser encontrados em 1 O dispositivo ideal apresenta simetria perfeita em rela o ao bra o 1 rec proco e n o tem perdas a p Ti b 2 T 3 fa T d A a L pi Fig 4 a Representa o esquem tica da jun o em estudo T no plano H com o bra o 1 adaptado internamente b Circuito equivalente usado para o dimensionamento da adapta o pormenores em 1 61 4 2 4 A APLICA O LABHIPER Nos trabalhos anteriores a determina o das amplitudes relativas dos sinais de RF foi feita com o aux lio do Medidor de Onda Estacion ria MOE recorde se do trabalho T1 que para um dado sinal de RF modulado por uma onda quadrada o correspondente sinal rectificado pelo detector produz no MOE uma indica o anal gica correspondente amplitude relativa do sinal de RF uma vez que a2. medir b e b j k Subtraindo as curvas de ja e b ou b jl em dB obt m se os elementos da matriz de dispers o minimizando a influ ncia do circuito de medida na determina o de s jil e lsz 4 5 1 MEDIDA DE a EM REFLEX O l Complete a montagem indicada na Fig 5 ligando c a CH1 e montando em a o curto circuito fixo SPR 1922X Seleccione o canal 1 no LABHJPpER reduza gradualmente a atenua o em AP at O dB Reduza o intervalo de varrimento em frequ ncia para 0 6 GHz em torno de uma frequ ncia nominal de 9 GHz Utilize sempre este intervalo de frequ ncias em todas as medidas que se seguem Os n meros de identifica o dos Detectores e dos Geradores encontram se sobre uma etiqueta verde colada sobre os mesmos 65 cla CC AD Fig 5 Configura o do circuito de medida da onda incidente em reflex o ja 4 A curva que observa proporcional amplitude da onda a que vai incidir no dispositivo a medir Escolha um valor elevado na fun o M DIA a fim de tornar a curva mais est vel entre cada varrimento Grave esta curva num ficheiro de trabalho identificando a atrav s de uma legenda apropriada Coloque a tamb m na Mem ria 1 4 5 2 MEDIDA DE a EM TRANSMISS O 1 Coloque a atenua o MAX em AP Prestando aten o s recomenda es de execu o nomeadamente no que se refere ao cabo de RF retire de a o C C fixo e ligue directamente a a b tal como se in
3. ou seja b j a A 4 Na montagem b com a jun o obt m se a b A 5 ou seja b JBD A 6 Deste modo subtraindo a curva em dB obtida na montagem b da curva medida em a pode se determinar Is Pei EM A 7 a ba Hay 71 A 3 Medidas em Transmiss o c d Para a montagem c obt m se a a A 8 pelo que b JBa A 9 Na montagem d com jun o tem se b a A 10 pelo que b JPb A 11 E assim conclui se que a bi js A 12 bio la 1 As montagens b e d podem ser agregadas numa montagem nica como se mostra na figura seguinte sendo esta a configura o adoptada neste trabalho A 4 Fontes de erro Na pr tica os detectores que s o usados no laborat rio apresentam uma reflex o elevada e como tal a reflex o apresentada nos acopladores direccionais j n o nula Assim aparece uma onda reflectida que ao entrar no bra o 4 da jun o ver Fig A 5 viola a defini o de s s b a com a a 0 A solu o consiste em utilizar um isolador antes do detector ou na sua falta um circulador em montagem isoladora 4 3 1 2 Fig A 5 Tamb m os acopladores direccionais constituem uma fonte de erros Os elementos considerados nulos na matriz de dispers o do dispositivo ideal s o diferentes de zero no dispositivo real Existe reflex o nos bra os do acoplador direccional mesmo quando
4. os restantes est o terminados por cargas adaptadas H tamb m uma liga o residual entre bra os supostamente isolados Estes factores limitam a precis o da medida e n o podem ser resolvidos com o procedimento de calibra o referido anteriormente uma vez que necessitam de medidas de amplitude e fase 13 BIBLIOGRAFIA 1 N Marcuvitz Waveguide Handbook McGraw Hill 1951 NY pp 356 2 C Fernandes Scalar network analysis using a PC and a standard microwave Lab bench Proc European Microwave Conference Bologna Italy pp 937 941 1995 3 C Fernandes LABHJIPER Manual de Utiliza o vers o condensada IST DEEC SPR93 07 0 Set 1993 14
5. T4 ESTUDO NA FREQU NCIA DOS ELEMENTOS DA MATRIZ DE DISPERS O DE UM T 15 11 2007 v 8 56 4 1 OBJECTIVOS e Determinar os m dulos dos elementos da matriz de dispers o de uma jun o de tr s bra os rec proca e sem perdas com uma adapta o de banda estreita feita internamente num dos seus bra os por medi o directa das amplitudes normalizadas das ondas que entram e saem dos seus terminais e Estudar o comportamento na frequ ncia dos elementos da matriz de dispers o da jun o e Verificar algumas das propriedades de jun es de tr s bra os e Proporcionar ao aluno o contacto com um ambiente de medida semelhante ao de um Analisador de Redes Escalar atrav s da aplica o LABHIPER para PC 4 2 INTRODU O 4 2 1 CONSIDERA ES GERAIS Numa jun o com N terminais as rela es entre as ondas normalizadas a e b que entram e saem de cada terminal quantidades complexas com amplitudes proporcionais aos campos el ctricos transversais incidentes e reflectidos na jun o e com as fases iguais s daqueles campos s o expressas em termos de uma matriz de dimens o N x N a matriz de dispers o s A matriz de dispers o descreve de uma forma completa a jun o vista de qualquer dos seus terminais Al m disso trata se de uma representa o que est de acordo com as medidas que s o realizadas em micro ondas e com os conceitos de ondas incidente reflectida e transmitida O elemento s d
6. a diagonal da matriz relaciona a onda incidente a com a onda reflectida b no terminal i quando os restantes est o terminados com cargas adaptadas Assim para a determina o experimental dos elementos s fazem se medidas com o dispositivo montado em reflex o 57 Fig 1 Representa o simb lica de uma jun o com N terminais Os elementos s relacionam a onda b que sai do terminal i com a onda a que incide no terminal j quando os restantes bra os da jun o est o terminados por cargas adaptadas os elementos s s o obtidos experimentalmente com o dispositivo montado em transmiss o No presente trabalho medem se directamente as amplitudes normalizadas das ondas que entram e saem dos terminais mas com a montagem simplificada que utilizada apenas se podem realizar medidas escalares isto n o poss vel medir as fases dos elementos da matriz de dispers o 4 2 2 MEDIDA DE s E s ji Para discriminar as ondas reflectidas e transmitidas pela jun o face onda incidente e vice versa utilizam se no presente trabalho acopladores direccionais tal como se indica na Fig 2 a b 58 c d GV Gerador de Varrimento AD Acoplador Direccional AP Atenuador Padr o CA Carga Adaptada I Isolador D Detector J Jun o Fig 2 Configura o gen rica das montagens para a determina o dos elementos da matriz de dispers o da jun o a e b medidas de refl
7. dica na Fig 6 CA c d D C oc a D AD AD gt CA AD Acoplador Direccional C Circulador D Detector CA Carga Adaptada Fig 6 Configura o do circuito de medida da onda incidente em transmiss o ja 66 2 Seleccione o Canal 2 e reponha AP em 0 dB Como na sec o anterior guarde a curva obtida em ficheiro e na Mem ria 2 4 6 DETERMINA O DOS ELEMENTOS DA MATRIZ DE DISPERS O 1 Com a atenua o no MAX em AP e tendo o cuidado de n o deslocar o cabo de RF insira o T a estudar entre os terminais a e b como se indica na Fig 7 oc b2 Fig 7 Configura o do circuito de medida das ondas reflectida terminal 1 e transmitida terminal 2 pela jun o 2 Reponha AP em 0 dB e observe de novo a curva do canal 1 Usando as op es de manipula o de curvas do LABHJPER subtraia a curva de calibra o que obteve anteriormente no Canal 1 dispon vel na Mem ria 1 Guarde a curva resultante num ficheiro identificando de forma un voca na legenda o elemento da matriz de dispers o correspondente 3 Seleccione a escala mais adequada posicione o cursor na frequ ncia f a que corresponde a melhor caracter stica para esse elemento da matriz de dispers o e imprima a curva 4 Tomando como aceit vel um n vel de reflex o no bra o 1 inferior a 15 dB utilize o cursor e determine a largura de banda correspondente Registe cada uma das frequ ncias representadas na Fig 8 e res
8. e de uma pen disk ou de uma diskette de 3 5 formatada para DOS Na altera o do circuito de medida n o deslocar o cabo de RF Qualquer pequeno toque ou tors o do cabo suficiente para alterar o n vel de sinal no circuito de medida desactualizando desta forma as curvas de calibra o sintoma deste tipo de problema i e calibra es desactualizadas sempre que as curvas de elementos da matriz de dispers o exibem valores superiores a O dB Nesse caso dever o refazer se as calibra es 64 4 4 INICIALIZA O Seleccione o modo de funcionamento do gerador de varrimento de acordo com as indica es anteriores Coloque em AP a atenua o MAX e ligue o gerador Ligue a fonte DC que alimenta a Caixa de Liga es e accione o respectivo interruptor Ligue o PC e inicie a aplica o LABHIPER ap 5 1 Identifique o grupo e a bancada Seleccione o Gerador de Varrimento e os detectores usados em cada um dos canais de entrada e calibre as respectivas tens es de offset O ecr de trabalho consiste numa rea quadriculada onde s o representadas as curvas obtidas e uma rea de comandos contendo informa es sobre os par metros da representa o 4 5 amplitude das ondas que incidem na jun o ja MEDIDAS DE CALIBRA O As medidas de calibra o destinam se a obter a curva correspondente ao m dulo da bem como a sua depend ncia com a frequ ncia Mais frente outra montagem permitir
9. esto uma compensa o rigorosa exigiria medidas vectoriais em m dulo e fase Entre os v rios erros de medida destacam se os que resultam dos acopladores direccionais n o serem ideais e de os detectores apresentarem uma reflex o significativa No entanto impondo hip teses simplificativas poss vel estimar o majorante de alguns destes erros As medidas de a nas montagens em reflex o e transmiss o antecedem as medidas com a jun o sendo necess rio guardar os resultados das primeiras medidas para obter b a e sa b posteriormente s q Como se pode perceber da Fig 2 a determina o dos sucessivos elementos da matriz de dispers o do dispositivo obriga a sucessivas altera es da montagem em particular no que diz respeito inser o do dispositivo no circuito de medida e s cargas de adapta o Para tentar reduzir o n mero de vezes que as liga es t m de ser alteradas adoptam se neste trabalho as configura es da Fig 3 em que se tenta combinar as duas montagens b sicas da Fig 2 Os pormenores desta montagem ser o apresentados na Sec o II 1 deixando se a sua discuss o e justifica o para o Ap ndice A ajal D CC AD CA D C oc a D AD AD CA 60 CA a j AD PR AD Acoplador Direccional D Detector CA Carga Adaptada J Jun o C Circulador Fig 3 Configura es de medida utilizadas no trabalho experimental 4 2 3 A JUN O EM ESTUDO
10. ex o c e d medidas de transmiss o As montagens das Fig 2a e Fig 2c destinam se a obter um sinal proporcional onda incidente Utilizam se as duas montagens indicadas de modo a reproduzir tanto quanto poss vel os efeitos do circuito de medida Assim na montagem a adoptou se uma configura o semelhante que utilizada na medida das ondas reflectidas pela jun o Fig 2 b enquanto que na montagem c usou se uma configura o id ntica da medida das ondas transmitidas pela jun o Fig 2 d A onda incidente varia com a frequ ncia dado que quer a pot ncia do gerador quer o n vel de reflex es esp rias originadas pelos diversos componentes do circuito s o fun o da frequ ncia f as reflex es parasitas variam com f em m dulo e em fase 59 Na pr tica as medidas da matriz de dispers o s o efectuadas com aparelhos designados por Analisadores de Redes Escalares e Vectoriais consoante medem apenas m dulos ou m dulos e fases respectivamente Nestes aparelhos as medidas a e c designam se por medidas de calibra o uma vez que permitem contabilizar a influ ncia do circuito de medida e a sua varia o em frequ ncia a qual posteriormente descontada quando feita a sua subtrac o em dB dos sinais obtidos com as montagens efectuadas com a jun o No processo simplificado adoptado no presente trabalho n o poss vel compensar todos os factores que v o deturpar o resultado da medida de r
11. ntervir automaticamente antes de fazer a representa o das respostas As curvas medidas s o apresentadas no ecr do PC em fun o da frequ ncia de forma continuada no tempo sendo portanto poss vel seguir a evolu o das respostas em tempo real quando se procede a ajustes ou varia o de par metros no dispositivo em teste Estas curvas podem ser memorizadas em RAM ou em ficheiro para serem visualizadas ou usadas posteriormente tamb m poss vel apresentar no ecr o resultado da diferen a em dB entre quaisquer curvas medidas Est o dispon veis fun es para controlar os par metros da visualiza o tais como escalas n veis de refer ncia etc Uma descri o mais completa da aplica o LABHIPER pode ser encontrada no respectivo manual de utiliza o 3 que se anexa ao presente guia de trabalhos 62 4 3 INTRODU O AO TRABALHO EXPERIMENTAL 4 3 1 MONTAGEM BASE Na Fig 5 est representada a configura o base da montagem a utilizar SWEEP AD wai AD CA GV AP AD Acoplador Direccional GV Gerador de Varrimento D Detector AP Atenuador Padr o CA Carga Adaptada I Isolador C Circulador T Jun o em T Fig 5 Montagem base As sa das dos detectores c e d devem ser ligadas respectivamente aos canais de entrada CH1 e CH2 da Caixa de Liga es O canal de sa da OUT2 da Caixa de Liga es deve ser ligado ao terminal e do gerador de varrimento di
12. pectivas amplitudes de sy Note que f uma frequ ncia fora da banda de funcionamento 2 S E Pode imprimir a curva posteriormente uma vez que esta se encontra gravada no ficheiro de trabalho 67 a ar Fig 8 Observe agora o Canal 2 e subtraia a curva de calibra o adequada Guarde em ficheiro a curva resultante identificando na legenda o elemento da matriz de dispers o a que corresponde Escolha a escala a escala mais adequada posicione o cursor na frequ ncia f e imprima essa curva Registe a amplitude correspondente frequ ncia fz Altere as liga es de acordo com a Fig 9 Seleccionando primeiro o Canal 2 e depois o Canal 1 repita em cada caso o procedimento descrito no par grafo anterior Altere a montagem de acordo com o esquema da Fig 10 Seleccionando o Canal 2 repita o procedimento habitual de calibra o Guarde a curva obtida num ficheiro de trabalho e atribua a tamb m Mem ria 3 Esta curva dever ser semelhante obtida em 5 Chame essa curva para a Mem ria 4 e visualize a diferen a entre ambas Escolha a escala mais adequada e imprima a diferen a Guarde num ficheiro de trabalho 68 4 7 l AD 3 FT 2 AD CA Fig 9 Configura o do circuito de medida das ondas reflectida terminal 3 e transmitida terminal 2 pela jun o ec b d AD 3 T 2 Fig 10 Configura o do circuito de medida das ondas reflectida terminal 3 e transmitida
13. s escalas do MOE est o graduadas assumindo uma lei quadr tica para a caracter stica de tens o corrente do d odo usado no detector A utiliza o do MOE no presente trabalho para medir as ondas a e b em fun o da frequ ncia no entanto inadequada Por um lado o MOE tem uma gama din mica de medida muito reduzida em cada escala 10 dB apenas e a comuta o entre escalas manual por outro lado a indica o de amplitude anal gica o que dificulta o posterior processamento num rico das medidas para inclus o por exemplo das curvas de calibra o reais dos detectores ou de outras correc es Em alternativa desenvolveu se uma aplica o LABHIPER para PC 2 que permite controlar o processo de medida das ondas a e b ultrapassando os problemas que foram mencionados em rela o ao MOE O PC que equipa a bancada de laborat rio cont m uma placa de aquisi o com quatro canais de entrada e dois de sa da Um dos canais de sa da usado para comandar o varrimento na frequ ncia do oscilador de RF controlado por tens o que excita o circuito de medida Os canais de entrada da placa s o usados para digitalizar os sinais rectificados rectifica o simples produzidos pelos detectores de RF inseridos no circuito de medida O LABHIPER inclui uma base de dados com as curvas de calibra o de cada um dos detectores e de cada um dos geradores de varrimento que se encontram dispon veis no laborat rio fazendo as i
14. spon vel na bancada de acordo com as indica es que se seguem 63 4 3 2 GERADOR Existem no laborat rio tr s tipos de gerador De seguida d o se todas as indica es necess rias para preparar cada tipo de gerador para funcionar com a aplica o LABHIPER 4 3 3 Gerador PHILIPS PM 7022X Ligar Sl ao terminal EXT SWEEP no painel frontal colocar o gerador em modo CW e o bot o de SWEEP RATE em MIN Nos mostradores de frequ ncia colocar FSTART em 7 00 e FSTOP em 12 99 Gerador WAVETEK 965 Ligar S1 ao terminal SWP OUT EXT TUNE IN no painel traseiro colocar o gerador em modo EXT TUNE p r RF LEVEL em MAX e RF ON Gerador HP 8690B Ligar Sl ao terminal EXT FM no painel frontal Posicionar o SWEEP SELECTOR em CW e premir o bot o FUNCTION EXT FM Rodar o man pulo START CW para MIN 8 GHz e p r o POWER LEVEL em 10 RECOMENDA ES NA EXECU O DO TRABALHO E necess rio ler o manual de utiliza o de LABHIPER ou no m nimo o seu ap ndice Ligar o gerador de varrimento com anteced ncia a fim de permitir a estabiliza o do seu funcionamento 10 a 15 minutos Colocar a atenua o em AP no MAX sempre que estiver a efectuar altera es ao circuito Durante a execu o do trabalho guardar sempre em ficheiro todas as curvas indicadas medida que v o sendo obtidas Evita se assim eventuais perdas de resultados perante qualquer problema na utiliza o de LABHIPER Para isso dever munir s
15. terminal 1 pela jun o AN LISE DE RESULTADOS Comente as curvas obtidas para os v rios elementos da matriz de dispers o da jun o e conclua sobre a sua simetria Invocando a reciprocidade e a simetria do dispositivo calcule em unidades lineares os m dulos dos elementos da matriz de dispers o s do T frequ ncia ptima fo correspondente adapta o e para a frequ ncia f fora da banda Interprete e comente os resultados comparando os com os valores te ricos Com base nos resultados obtidos calcule para estas duas frequ ncias os elementos da diagonal principal de s s Interprete e comente os resultados 69 AP NDICE A An lise das configura es de medida Nas montagens de medida dos elementos da matriz de dispers o utilizaram se acopladores direccionais para separar as ondas reflectidas e transmitidas nos diferentes terminais da jun o Analisamos agora o processo de medida considerando que os acopladores direccionais s o ideais e que os detectores n o apresentam reflex es A 1 Acoplador direccional Comecemos por analisar a parte do circuito que inclui o acoplador direccional e o detector Fig A 1 Tem se b O a O Pila b a JB 0 a A1 b O jp O allo b BP O q 0 0 pelo que b ca a A 2 b jpa b jpa 70 A 2 Medidas em reflex o para determina o de a Sji a b Fig A 2 Na montagem a sem a jun o tem se 4 a A 3
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