Îndrumar laborator microunde

Tehnica microundelor, ca subdomeniu al electronicii, prezinta particularitati atât în ceea ce priveste metodele teoretice, cât si în aparatura si procedeele experimentale utilizate. Din aceasta cauza într-un laborator de microunde se afla, pe lânga aparate electronice de uz general, si aparate si dispozitive cu caracter specific, necesare pentru masurarea semnalelor si retelelor de microunde.

În cele ce urmeaza vor fi prezentate, pe scurt, câteva dintre caracteristicile aparaturii specifice de microunde. Se presupune ca cititorul poseda cunostinte de baza referitoare la propagarea undelor electromagnetice prin ghiduri de unda uniforme.

1.

Linia de masura

Linia de masura este un dispozitiv utilizat frecvent în microunde, atât la masurarea semnalelor (ex.: lungime de unda) cât si la masurarea retelelor (coeficient de reflexie, etc.).

Din punct de vedere constructiv, linia de masura este o portiune de ghid uniform prevazut cu o fanta longitudinala în care se introduce o sonda.

Sonda este în majoritatea cazurilor o simpla tija metalica introdusa partial în ghid, perpendicular pe directia de propagare. În acest tip de sonda se induce o tensiune proportionala cu intensitatea câmpului electric transversal din locul respectiv (sonda “E”). Constanta de proportionalitate poate fi modificata prin schimbarea adâncimii de patrundere (de intrare) a sondei în ghid. TE

Cuplajul sondei cu linia de masura trebuie sa fie cât mai slab cu putinta, astfel încât prezenta sondei sa nu influenteze fenomenele din ghid. Sensibilitatea liniei este însa limitata de sensibilitatea aparatului indicator sau de nivelul zgomotului. Existenta unui anumit zgomot, inerent în orice instalatie de masura poate sa conduca la erori de masura importante daca nivelul semnalului util este insuficient. În consecinta, cuplajul se va regla experimental, în functie de sensibilitatea detectorului si a aparatelor de masura.

Semnalul de frecventa foarte înalta cules de sonda este aplicat unei diode detectoare direct sau prin intermediul unui rezonator de cuplaj.

Sonda, sistemul de cuplaj si detectorul sunt amplasate împreuna pe un dispozitiv mobil, ale carui deplasari în lungul liniei pot fi urmarite cu un vernier.

Linia de masura prezinta, ca orice linie de transmisiune reala, o anumita constanta de atenuare, nenula. Pierderile liniei sunt determinate de pierderile în peretii metalici imperfect conductori ca si de radiatia liniei prin fanta de masura (care nu poate avea latime zero). Totusi, deoarece lungimea liniei de masura este mica, aceste pierderi pot fi neglijate de regula; în consecinta, linia de masura poate fi considerata o linie fara pierderi. 1

Figura 1. Simboluri utilizate pentru ansamblul linie de masura – detector

a)

cuplaj direct cu detectorul;

b)

cuplaj cu detectorul prin rezonator;

c)

simbol simplificat.

2.

Detectorul liniei de masura

Diodele semiconductoare folosite pentru detectie sunt de diverse tipuri: cu contact punctiform, diode Schottky, diode “inverse”. Aceste diode, special realizate (si încapsulate) pentru microunde, au elemente parazite reduse la minimum astfel încât frecventa lor limita de detectie este foarte ridicata.

Ca urmare a detectiei se obtine o tensiune continua, dependenta de amplitudinea semnalului cules de sonda si de caracteristica diodei. Aceasta tensiune – eventual amplificata – este masurata, obtinându-se astfel o indicatie corelata cu intensitatea câmpului electric din ghid.

Deoarece relatia dintre amplitudinea semnalului aplicat si tensiunea continua obtinuta depinde de caracteristica neliniara a diodei folosite (si de rezistenta de detectie), pentru interpretarea corecta a indicatiilor aparatului de masura este necesara cunoasterea caracteristicii de detectie, ()dUfU=. Aceasta caracteristica poate fi determinata experimental sau poate fi calculata pe baza unor consideratii teoretice. Astfel, se stie ca la semnale aplicate mari (>1V), caracteristica neliniara a oricarei diode poate fi aproximata prin doua semidrepte si în acest caz detectia este liniara: dUkU=Å. Pentru semnale aplicate foarte mici (milivolti sau chiar mai mici) rezulta o detectie patratica: 2dUkU=Å. În aceste situatii extreme, forma caracteristicii de detectie este cunoscuta si nu depinde de dioda folosita (cazul liniilor de masura, unde semnalul cules de sonda este de regula foarte slab).

În concluzie, indicatia aparatului de masura conectat la detectorul liniei poate fi considerata proportionala cu patratul intensitatii câmpului electric din ghid, cu conditia ca semnalul cules de sonda sa fie suficient de mic. În situatiile rare când aceasta conditie nu poate fi satisfacuta, trebuie ridicata o curba de etalonare a detectorului.