SISTEMAS DE MICROONDAS VIA SATELITE

SISTEMAS DE MICROONDAS VIA SATELITE

DESARROLLO DE PREGUNTAS

1.- Explique el funcionamiento del diodo Gunn, trate de explicar las curvas I-V, puede utilizar algún ejemplo para ilustrar su ejemplo.

El diodo Gunn es un dispositivo semiconductor de Arseniuro de Galio (Ga As) que tiene características de Resistencia negativa en la zona de trabajo (Figura 1), unida ésta a la presencia de: ruido aleatorio y un medio externo, como ser una cavidad resonante, permite la generación de potencia en frecuencias de microondas desde 4 GHz. a más de 100 GHz. en potencias que van desde mili vatios a vatios.

Son dispositivos de muy bajo rendimiento 1% al 2%, y pueden funcionar con bajas tensiones, entre 3 y 15 voltios, según diseño.

Normalmente son usados para generar frecuencias de microondas en modos Transversal Eléctrico, TE.

Figura 1 (Relación I-V de un diodo Gunn)

Su construcción interna (Figura 2) es a diferencia de otros diodos que consta sólo de un material semiconductor dopado N, mientras que la mayoría de los diodos consisten tanto en las regiones N-dopadas P y. en el diodo Gunn, existen tres regiones: dos de ellos están fuertemente dopada n en cada terminal, con una capa delgada de material ligeramente dopado en el medio. Cuando se aplica un voltaje al dispositivo, el gradiente eléctrico será más grande a través de la capa intermedia delgada. La conducción se llevará a cabo como en cualquier material conductor con ser de corriente proporcional a la tensión aplicada. Finalmente, en los valores de campo más altas, las propiedades conductoras de la capa media serán alterados, aumentando su resistividad, prevenir aún más la conducción y se inicia la corriente a caer. Esto significa un diodo Gunn tiene una región de resistencia diferencial negativa (Figura 1).

Figura 2 (Estructura de un diodo Gunn)

El circuito equivalente de un diodo Gunn es el de un capacitor en paralelo con una resistencia negativa (Figura3).

Figura 3 (Circuito equivalente de un diodo Gunn)

Formación de dominios Gunn:

Supongamos que se aplica un voltaje Vo a una muestra de GaAs de longitud L (Figura 4). El voltaje es constante y por consiguiente aplica un campo eléctrico que lo podemos obtener con la siguiente expresión: Eo = Vo/L

Figura 4

Al aplicar un campo Eo, podemos decir que los electrones se mueven de Cátodo a ánodo con una velocidad V3. Asumamos que una pequeña oscilación se produce en el instante t=0 la misma que puede ser ocasionada por la energía termal de los electrones. Al observar la figura 5 podemos decir que los electrones que se encuentran en el punto A, al experimentar el campo eléctrico EL1 viajaran al ánodo con una velocidad V4. Los electrones en el punto B están sujetos a un campo eléctrico EH1 y tenderán hacia el ánodo con una velocidad V2, la misma que es menor que V4. Por consiguiente cada vez aparecerán más electrones en esta zona lo que contribuirá a aumentar la resistencia diferencial negativa, lo que se traduce en un aumento en la oscilación hasta un límite máximo.

La oscilación inicial crecerá, en un dominio del dipolo, este dominio crecerá hasta que se forme un dominio Gunn estable. Lo particular de este dominio es que ha crecido lo suficiente para que tanto los electrones que viajan en uno como en otro sentido lo hagan a la misma velocidad V1.

Por esta razón es importante que el voltaje aplicado al cristal sea el apropiado para permanecer en la región NDR (Resistencia Diferencial Negativa) y poder formar un dominio Gunn estable.

Una vez que se ha formado e (dominio estable) el campo eléctrico en el resto de la muestra de GaAs cae bajo la región NDR, lo que impide la formación de un nuevo dominio Gunn, posteriormente mientras el dominio es absorbido por el contacto con el ánodo, el campo eléctrico en la muestra hace que se alcance la formación de un nuevo dominio Gunn. Esto es lo fundamental, la repetición sucesiva de la formación de dominios Gunn hace que se vea una corriente osciladora en los contactos. Este es el modo de operación conocido como modo Gunn. Es importante notar por tanto que la frecuencia de operacióndependerá de la distancia que los dominios tienen que recorrer antes que el ánodo los absorba, en otras palabras depender• de la longitud de la muestra del cristal que estemos usando. Y en segunda instancia dependerá de la cantidad de voltaje aplicado al cristal, que será la que afecte la velocidad del dominio. En las figuras podemos observar que la concentración de electrones aumenta y disminuye conforme se alcanza el valor pico en cada dominio Gunn que luego cae bajo la región NDR.

Figura 5

2- Explique el funcionamiento de los parámetros concentrados y parámetros distribuidos, puede ilustrar ejemplos.

Las líneas eléctricas en estado estacionario, con carga balanceada y de longitudes cortas y medianas, con respecto a su nivel de tensión, se modelan apropiadamente por medio de parámetros concentrados.

Figura 6

En la teoría de circuitos se ha supuesto que los elementos pasivos R, L y C se hayan concentrados (en el sentido de que no hay variación espacial de la intensidad en ellos) y unidos por cables conductores ideales. La validez de los elementos concentrados se restringe a circuitos cuya longitud física real se mantenga dentro de los límites que permitan considerarla pequeña frente a la longitud de onda del campo electromagnética que se origina.

Cuando esta condición ya no se cumple, los fenómenos de propagación que se observan no se explican por modelos concentrados y es necesario tomar otros nuevos considerando densidades lineales de resistencia e inductancia a lo largo de los conductores y de conductancia y capacitancia entre los dos conductores de la línea de transmisión.

Las características de una línea de transmisión se determinan por sus propiedades eléctricas; como la conductancia de los cables y la constante dieléctrica del aislante, y sus propiedades físicas, como el diámetro del cable y los espacios del conductor. Estas propiedades, a su vez, determinan las constantes eléctricas primarias: resistencia en serie (R), inductancia en serie (L), capacitancia de derivación (C) y conductancia de derivación (G). La resistencia y la inductancia ocurren a lo largo de la línea, mientras que entre los dos conductores ocurren la capacitancia y la conductancia. Las constantes primarias se distribuyen de manera uniforme a lo largo de la línea y, por lo tanto, se les llama parámetros distribuidos. Los parámetros distribuidos comúnmente se agrupan, por una longitud unitaria dada, para formar un modelo eléctrico artificial de la línea. Por ejemplo, la resistencia en serie generalmente se da en ohms, por milla o kilómetro.

En la figura 7 se muestra el circuito equivalente eléctrico para una línea de transmisión, de dos cables, metálica, indicando el lugar relativo de los distintos parámetros agrupados. La conductancia entre los dos cables se muestra en una forma recíproca y se indica como una resistencia de derivación dispersa (R_s).

Figura 7 (Línea de transmisión de dos cables paralelos, circuito equivalente eléctrico).

3.- Enumere los tipos de transmisores de generadores de microondas. Puede presentar gráficos.

1.- Transmisor de Radio de microondas FM:

Los sistemas de radio de microondas que usan modulación de frecuencia (FM) se conocen am¬pliamente por proporcionar comunicaciones flexibles, confiables y económicas, de punto a punto, cuando usan la atmósfera terrestre como medio de transmisión.

2.- Transmisor de Microondas con diversidad de frecuencia:

La diversidad de frecuencia sólo consiste en modular dos RF distintas de portadora con la misma información de FI, y transmitir entonces ambas señales de RF a un destino dado. En el destino, se demodulan ambas portadoras y la que produzca la señal de FI de mejor calidad es la que se selecciona.

3.- Transmisor de Microondas con diversidad espacial:

En la diversidad espacial, la salida de un transmisor se alimenta a dos o más antenas, física¬mente separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda.

4.- Se tiene una línea de transmisión de impedancia de Zo = 75 Ω , alimentando una carga de 300 Ω, calcular el valor de impedancia del adaptador , puede utilizar un adaptador de λ / 4.

Z_0^'=√(Z_((z).) Z_L )=√75.300=√22500=150

Z_0^'=150Ω

5.- Explique el funcionamiento de la carta de Smith

La carta de Smith es un diagrama polar especial que contiene círculos de resistencia constante, círculos de reactancia constante, círculos de relación de onda estacionaria constante y curvas radiales que representan los lugares geométricos de desfase en una línea de valor constante; se utiliza en la resolución de problemas de guías de ondas y líneas de transmisión.

Esta carta se basa en dos conjuntos de círculos ortogonales. Un conjunto representa la razón de la componente resistiva de la impedancia de la línea (R), en relación a la impedancia característica de la línea (Z_0), que para una línea sin pérdidas es totalmente resistiva. El segundo conjunto de círculos representan la razón de la componente reactiva de la impedancia de la línea (±jX), en relación a la impedancia característica de la línea (Z_0). Los parámetros que están trazados en la carta de Smith incluyen lo siguiente:

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