MEDICIONES EN RADIOFRECUENCIA

ANALIZADOR DE MICROONDAS.

El instrumento de medición es el Analizador de redes vectoriales, conocido como

analizador de microondas

MLA (Microwave Link Analizer) y sólo puede efectuar un análisis en un entorno del punto. se muestra un diagrama a bloques tanto del transmisor como del receptor del instrumento. El generador (MLA-Tx)

tiene dos osciladores controlables. Uno de ellos genera una señal senoidal de baja frecuencia (18

≥fa≥70Hz) seleccionable y

de nivel suficientemente alto (Va) de manera tal que esta señal modula en frecuencia FM a una portadora de frecuencia

intermedia (35, 70 ó 140 MHz). Se produce entonces un barrido cerca de la IF de acuerdo con el nivel de Va. El valor de Va

es tal que el barrido se ajusta hasta intervalos de ±30MHz con centro en la IF.

Por otro lado, un generador senoidal de alta frecuencia (25khz

≥ fn ≥5,6MHz) produce un barrido rápido en el entorno del

valor de frecuencia que determina Va. Como este barrido rápido es la base del

δf su amplitud Vm debe ser pequeña y

ajustable. La desviación que producirá en la IF es de 100 a 500 kHz. El valor de tensión Vm o Va importa como el desvío de

frecuencia que se produce luego del modulador de FM.

En el receptor (MLA-Rx) se dispone de un demodulador de FM con el propósito de

obtener la señal Va+Vm distorsionada por los equipos transreceptores y el medio de enlace. Mediante separadores de

frecuencia se puede obtener la señal Va y Vm.

Va y Vm.

Con Va se maneja el

eje X de un osciloscopio ya que Va define un barrido lento con un gran ancho de banda en el entorno

de la IF. Con Vm se manejará el

eje Y ya que Vm corresponde a un barrido rápido en el entorno de la frecuencia determinada

por Va. La señal Vm tiene una distorsión de amplitud y fase que se determina mediante un demodulador AM (

δV) y PM

(

δΦ). El valor de la distorsión corresponde en cada instante de tiempo al valor de frecuencia señalado por Va. La mayoría de

los instrumentos analizadores de redes posee una interfaz de datos paralelo denominada

HP-IB (Hewlett Packard Interface
Bus) similar al estándar GP-IB de la norma IEEE 488.2 para interconexión de instrumental.
Marbelis Moreno
EES
Seccion:02

Radiofrecuencias y microondas. Evaluación de la exposición laboral

Restricciones básicas fisiológicas

La evaluación a través de esta norma se sostiene en el establecimiento de ciertas restricciones básicas fisiológicas, que son valores máximos de magnitudes que pueden ser generadas en el organismo expuesto a radiaciones RF-MO y que podrían ocasionar la aparición de efectos adversos para la salud. Las restricciones básicas en las que se basa la evaluación son:

Densidad de corriente inducida (J)

La presencia de un campo eléctrico en el interior del organismo generado por un campo eléctrico o un campo magnético externo variable en el tiempo induce una corriente eléctrica cuya densidad de corriente (J) es proporcional a los valores de la intensidad del campo eléctrico (E) o magnético (H) respectivamente y a la frecuencia según las expresiones siguientes:

J = k f E (1)

J = s r p f mH (2)

En la ecuación (1), k es un factor en el que interviene la forma, constitución y orientación de la masa sobre la que actúa E y f es la frecuencia en hercios.

En la ecuación (2), s es la conductividad del medio, r es el radio de la supuesta espira que atraviesa perpendicularmente el campo magnético, m es la permeabilidad magnética y f es la frecuencia de la variación sinusoidal de H.

Para la aplicación de la ecuación (1) se acepta un valor k = 10^-8 S/Hz m (Siemens/Hercio metro). En la ecuación (2) se toma un valor de s = 0.6 S/m, un radio de 0.1 m y un valor de m = 4p10^-7 H/m. Estos valores son aceptables para la zona del corazón.

Para frecuencias de valores entre 10kHz y 10 MHz, la corriente inducida no debe exceder del valor J = f/100 mA/m² , con lo que aplicando las expresiones (1) y (2) nos arroja valores de E = 1000 V/m y H = 42.2 A/m.

Estos son los valores de referencia ambientales de las magnitudes medibles E y H que si no se sobrepasan cumplirán la Restricción Básica J.

Tasa de absorción específica o Specific Absortion Rate (SAR)

Los tejidos pueden ver incrementada su temperatura debido a la absorción de energía (en forma de calor) transmitida por las radiaciones electromagnéticas de frecuencias entre 10 kHz y 300 Ghz. Se establece preventivamente que el aumento de 1°C de la temperatura es el máximo aceptable para evitar efectos adversos para la salud (efectos térmicos). La energía necesaria para aumentar la temperatura de un cuerpo se puede expresar como:

Q = DT C_e m

siendo Q la energía necesaria para aumentar en DT la temperatura de un cuerpo de masa m y calor específico C_e.

La velocidad con que aumenta la temperatura será:

DT/Dt = Q m / Dt Ce

donde Q/Dt será la potencia calorífica necesaria, para generar tal gradiente de temperatura. Tal potencia expresada por unidad de masa se denomina SAR (especific absortion rate) y sus unidades son W/kg.

C_e DT/Dt = SAR (3)

Teniendo en cuenta la diferente composición de los tejidos que forman el organismo, también los valores de Ce son variables. Se sabe que un valor máximo de la SAR = 4 W/kg durante más de 6 minutos, promediado en todo el cuerpo, es suficiente para elevar 1°C la temperatura de los tejidos, por lo que se propone un valor máximo admisible (restricción básica) resultante de aplicar un coeficiente de seguridad de 10, esto es SAR£ 0.4 W/kg.

La SAR existente se puede calcular teóricamente a través de simulaciones complejas mediante diversos métodos que recoge la bibliografía, pero en la práctica es difícil obtener ese dato. Las ecuaciones básicas son, para la determinación de SAR además de la (3), las siguientes:

SAR = s (E_i)² / r (4)

SAR = J² / rs (5)

siendo s la conductividad en Siemens/m, r la densidad del tejido corporal en kg/m³, J el valor de la densidad inducida de corriente eléctrica en Amperios /m, y E_i el campo eléctrico en el interior del organismo, en Voltios/m, todos ellos referidos al tejido corporal correspondiente.

A partir del valor máximo aceptado de la SAR = 0.4 W/kg, se deducen los valores de intensidad del campo eléctrico y magnético externos que sirven de referencia como valores a no superar.

Al efectuar el promedio de la SAR en todo el cuerpo, podrían darse valores muy altos en zonas pequeñas sin superar por ello la media de 0.4 W/kg. En tal sentido no es tolerable cualquier valor local, por lo que se proponen limitaciones adicionales para proteger zonas poco refrigeradas, como son aquéllas pobremente vascularizadas (cristalino, testículos, etc.).

Las limitaciones adicionales a la SAR promedio, se refieren a pequeñas zonas del cuerpo (10 gramos de masa, supuesta forma de cubo) y se diferencian las manos, muñecas, pies y tobillos (SAR £ 20 W/kg) y resto de zonas del cuerpo (SAR £ 10 W/kg)

Absorción específica o Specific Absortion (SA)

Esta limitación a la energía disipada en muy cortos periodos de tiempo pretende prevenir efectos «auditivos» que aunque se consideran dentro de los posibles efectos generados por las RF como de bajo nivel, fueron ya, en los años 40, descritos por trabajadores expuestos a RF-MO, en lo que se llamaba coloquialmente «oír el radar» y que se traduce en silbidos o zumbidos.

La absorción de radiación de RFMO en un material dieléctrico, puede producir energía acústica a través de diferentes mecanismos entre los que se destacan la fuerza electrocompresiva (deformación elástica en presencia de un campo electromagnético) y tensión termoelástica (expansión debida al incremento de temperatura). Estos mecanismos pueden producir ondas de presión a nivel del oído interno que son interpretadas como un sonido. Parece demostrado que el aumento brusco de temperatura produce la expansión de fluidos del sistema auditivo (tensión termoelástica), con generación de ondas de presión, siendo éste el mecanismo más importante inductor de la sensación de ruidos. La intensidad de este mecanismo es función de la energía total recibida por pulso, cuando estos duran menos de 30 ms de duración.

Por este motivo se añade una restricción básica que se denomina Specific Absortion (SA) a SA = 10 mJ/kg que es la energía por unidad de masa máxima a recibir en radiación pulsada de 30 ms o menos. Este valor de energía equivale a una SAR de 333 W/kg (0.01 Julios/kg multiplicado por 30·10^-6 segundos). La relación entre esta SAR para pulsos y la SAR máxima para larga duración promediada en todo el cuerpo (0.4 W/kg) es de 833. Dado que la SAR es función del cuadrado de los valores de E y H externos, se obtienen los valores de referencia máximos ambientales de E y H para pulsos, multiplicando los correspondientes a periodos de más de 6 minutos de duración por un factor próximo a 29 (raíz cuadrada de 833).

Valoración de los resultados

Valores de referencia ambientales

Son valores de las magnitudes medibles en el ambiente, intensidad del campo eléctrico (E) en V/m, intensidad del campo magnético (H) en A/m y densidad de potencia de la onda (S) en W/m² . Las relaciones y medición de estas variables se explicó suficientemente en la nota publicada anteriormente. Los valores de referencia no deben ser sobrepasados pero se permite una ligera desviación en casos especiales cuando se demuestre que no se sobrepasan las restricciones básicas correspondientes. Esto se debe a que los valores de referencia se corresponden con los respectivos valores propuestos como máximos para las restricciones básicas teniendo en cuenta las situaciones más desfavorables (p.e. polarización de E y H mas desfavorable).

Los valores de referencia, que se muestran en las tablas 1 y 2, dependen de la frecuencia de las ondas y de la duración de la exposición. La tabla 1 muestra dichos valores para emisión continua y en la tabla 2 figuran los límites para la radiación pulsada de duración de los pulsos igual o menor de 30 microsegundos (ms).

Tabla 1. Valores de referencia para exposiciones de duración t ³ 6 minutos

FRECUENCIA (MHz)** INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO (V/m)* INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO (A/m)* DENSIDAD DE POTENCIA (W/m2)* 0,01-0,038 1000 42 - 0,038-0,61 1000 1,6/f - 0,61-10 614/f 1,6/f - 10-400 61,4 0,16 10 400-2.000 3,07.f1/2 8.14·10-3.f1/2 f/40 2.000-150.000 137 0,364 50 150.000-300.000 0,354.f1/2 9.4·10-4.f1/2 3,334·10-4.f

*Valores RMS **f en MHz

Tiempo de exposición y ponderación temporal

Se denomina exposición continua si el tiempo de exposición t ³ 6 minutos y de corta duración si es t < 6 minutos.

Se distinguen así mismo las exposiciones a radiación pulsante en las que la duración de los pulsos es menor de 30 ms (1ms = 10^-6 s). Además se valoran de forma distinta aquellas exposiciones de frecuencias menores de 700 kHz que duran igual o menos de 100 milisegundos.

La ponderación de las exposiciones en el tiempo se lleva a cabo de la siguiente forma: Cuando la duración de la exposición es igual o menor de 100 ms y la frecuencia es menor de 700 kHz, donde predomina el efecto debido a la corriente inducida, las magnitudes que intervienen son la intensidad del campo eléctrico (E) y la intensidad del campo magnético (H), y el tiempo de ponderación es de T = 0.1 segundos.

Los valores de E y H medios ponderados en el tiempo que deben utilizarse son respectivamente,

  (6)

  (7)

T= 0,1 s

Por encima de frecuencias de 38 kHz para el campo magnético y 610 kHz para el eléctrico, donde predomina el efecto debido a la SAR (efecto térmico), las magnitudes que tienen mayor importancia son los cuadrados de la intensidad del campo eléctrico (E) y la intensidad del campo magnético (H), y el tiempo de ponderación es de T = 6 minutos. Los valores medios de E, H ó S (densidad de potencia) deben ser comparados con los respectivos valores de referencia máximos (tabla 1).

  (8)

  (9)

  (10)

Las magnitudes E, H ó S correspondientes a pulsos (T £ 30 ms) se valoran comparando directamente con los valores de referencia de la tabla 2.

Tabla 2. Valores de referencia para exposiciones a radiación pulsada (t £ 30ms)

FRECUENCIA (MHz)** INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO (V/m)* INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO (A/m)* DENSIDAD DE POTENCIA (W/m2)* 0,01-0,23 4.760 200 - 0,23-3,73 4.760 1.6/f - 3,73-10 17.750/f 46/f - 10-400 1775 4,6 8.160 400-2.000 88,8.f1/2 0,23.f1/2 20,4.f 2.000-150.000 3.970 10,3 40.890 150.000-300.000 10,3.f1/2 2,66·10-2.f1/2 0,274.f

* Valores máximos (pico) **f en MHz

Ejemplo de aplicación

Evaluar el riesgo higiénico debido a la presencia de radiación electromagnética de un individuo que controla el funcionamiento de un horno de secado mediante RF de frecuencia 27 MHz. Durante la mayor parte de la jornada se halla a 2 metros de distancia del horno debiendo aproximarse de vez en cuando para realizar breves intervenciones en la alimentación y descarga. De la observación del proceso se determina que en las peores condiciones (periodos de 6 minutos de máxima exposición) permanece 20 segundos junto al horno donde las mediciones ambientales arrojan valores de E = 140 V/m y H = 0.3 A/m, 200 segundos a 50 cm del horno donde E = 32 V/m y H = 0.07 A/m, y el resto (140 segundos) a 2 metros del horno, donde E = 15 V/m y H = 0.04 A/m.

A partir de las ecuaciones (8) y (9) se calcula:

=

= 41,8 V/m

=

=0,09A/m

De la tabla 1 se extraen los valores de referencia para f = 27 MHz, E = 61.4 V/m y H = 0.16 A/m. Se puede concluir que si las condiciones no varían no se superará la restricción básica de la SAR £ 0.4 W/kg establecida para los riesgos derivados del incremento térmico de los tejidos.

Exposiciones simultáneas a una o más fuentes

Estrictamente hablando, a frecuencias inferiores a 10 MHz los campos eléctricos y magnéticos son capaces de inducir corrientes eléctricas por lo que sus respectivas contribuciones deberían ser adicionadas. Para ello se suman los respectivos valores de las magnitudes intensidad del campo eléctrico (E) e intensidad del campo magnético (H) estandarizadas al valor límite (L i ) correspondiente según se indica en la tabla 1:

  (11)

Debe tenerse en cuenta que los sumatorios indicados tienen en cuenta E_i y H_i si provienen de una sola fuente o de varias.

Por otra parte existirá aditividad respecto al valor final de la SAR (efecto térmico) de las radiaciones de frecuencias entre 10 kHz y 300 GHz y son las magnitudes E y H al cuadrado las que intervendrán por lo que se aplicará:

  (12)

  (13)

Como que a frecuencias entre 10 kHz y 10 MHz se solapan los efectos de inducción de corriente eléctrica y cesión de calor, se opta por el criterio más restrictivo en cada caso. Como norma que facilita la evaluación se utiliza la ecuación (11) para frecuencias menores de 700 kHz y las (12) y (13) para frecuencias superiores a ese valor.

La existencia de pulsos provenientes de diferentes fuentes de emisión se evalúa a través de las siguientes expresiones:

  (14)

  (15)

siendo L_i los respectivos niveles de referencia para valores "pico" que se muestran en la tabla 2

Ejemplo de aplicación

En el servicio de rehabilitación de un hospital se utilizan diversas técnicas de diatermia para la aplicación localizada de calor a los pacientes. Se dispone en concreto de una unidad de terapia de onda corta con generador de 27 MHz que puede trabajar en continuo o en radiación pulsada cuyos impulsos duran 400 ms y cuya frecuencia de impulsos es de 200 Hz. Se dispone además de un generador de microondas de frecuencia de emisión f = 2450 MHz en modo continuo. Ambas unidades se hallan localizadas en compartimentos contiguos. Debido al reducido espacio de que dispone el Servicio de rehabilitación y a la acumulación los diferentes instrumentos se producen a menudo exposiciones en puntos cercanos a las unidades de RF y MO de forma que se simultanea la presencia de ondas de 27,12 MHz y 2450 MHz con valores medidos para la primera E = 40 V/m y H = 0,07 A/m en continuo y en forma de pulsos de E = 100 V/m y H = 0,2 A/m. Siendo para la segunda, de E = 70V/m y H = 0.08A/m. Dichas exposiciones pueden durar más de 6 minutos. Valorar el riesgo por exposición a radiaciones electromagnéticas del personal del servicio sometido a esas condiciones.

Ya que las frecuencias que intervienen son netamente superiores a 700k Hz predomina el efecto térmico por lo que la exposición depende de los valores E² y H² . Teniendo en cuenta lo indicado en cuanto a exposición a dos fuentes simultáneas (ecuaciones 12 y 13) y suponiendo dos situaciones diferentes:

CASO 1) Emisión simultanea de RF continua y MO

= = = 068 < 1

= = < 1

CASO 2) Emisión simultánea de RF pulsada y MO

El valor de E y H provenientes de la radiación RF pulsada de 27.12 MHz se obtiene del valor de esas magnitudes en los pulsos la duración del pulso y la frecuencia de repetición de los pulsos, teniendo en cuenta además, que la exposición se pondera en 6 minutos, pero que el valor de la media de E y H se mantiene en ciclos de 1 segundo:

= 100 V/m x 0,08 V/m

= H x 0,08 = 0,22 A/m x 0,08 = 0,016 V/m

Los pulsos duran más de 30 ms, por lo que se valora en función de los valores de la tabla 1. Aunque el tiempo por pulso es menor de 100ms, la frecuencia de las ondas es netamente superior a 700 kHz, por lo que la valoración es por efecto térmico.

Aplicando las ecuaciones 12 y 13

= = = 0,3 < 1

= = = 0,06 < 1

De lo que se concluye que no se superan los valores de referencia en las condiciones mencionadas. Deberán evitarse no obstante, las exposiciones de trabajadores que debido a sus condiciones individuales no se pueda garantizar su seguridad con los valores de referencia aplicados (p.e embarazo, enfermedad, marcapasos, etc.)

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

VEGAFLEX: Los sensores universales para productos áridos y líquidos

Principio de medición
Impulsos de microondas de alta frecuencia son acoplados a un cable o varilla y conducidos a lo largo del electrodo. El impulso es reflejado por la superficie del producto y captados por la electrónica de análisis. La misma evalúa la señal del eco, transformándola en una información de nivel. No se requiere el ajuste con producto. Todos los equipos se encuentran preajustados a las longitudes de sonda solicitadas. Las versiones cableadas y de varilla con posibilidad de reducción brindan la ventaja de adaptación a voluntad a las condiciones del lugar.

Aplicaciones en líquidos.
Variaciones de densidad, desarrollo de vapor o variaciones extremas de presión y temperatura no tienen influencia alguna sobre el resultado de la medición. Tampoco las incrustaciones fuertes en la sonda o en las paredes del depósito afectan la medición. Una aplicación ideal es la medición de nivel en un tubo de bypass, donde se dejan medir incluso productos con una constante dieléctrica inferior a 1,6. Tampoco los tubos de unión depósito - bypass tienen alguna influencia.
 

Aplicaciones en sólidos
Problemas típicos en sólidos tales como p. ej. fuerte desarrollo de polvo o ruido o formación de condensado tienen influencia sobre la seguridad de funcionamiento y la exactitud de medición. Tampoco la forma del cono de apilado o las propiedades del producto p. Ej. el cambio de arena seca a húmeda tienen influencia sobre el resultado de medición. La puesta en marcha se limita a la conexión del sensor, ya que los instrumentos se suministran previamente con ajuste de fábrica.
 

Medición de interfase en líquidos
El principio de medición fue desarrollado para la detección de capas de separación. Aplicaciones típicas son mediciones de aceite o disolvente en agua. El impulso de microonda es reflejado por segunda vez en una superficie de separación con diferente valor de constante dieléctrica. Esto posibilita la captación de un segundo nivel. La ventaja frente al desplazamiento u oscilación radica, en que el principio de medición trabaja independiente de la densidad sin emplear ninguna pieza móvil. De esta forma se asegura un funcionamiento sin mantenimiento. La salida de ambos niveles es posible a través de una interface de comunicación digital o mediante la conexión de un VEGAMET 625.

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

Metodología de Medición de Parámetros de Ruido de Componentes de componentes de Microondas y ondas milimetricas.

La metodología que se propone se puede resumir

en los siguientes puntos:

1. Configurar el banco de medición.

2. Calibrar el analizador de redes en cable coaxial.

3. Medir el coeficiente de reflexión del generador

de ruido.

4. Calibrar el medidor de ruido.

5. Establecer una constelación de impedancias.

6. Calibrar el analizador de redes en las puntas de

prueba.

7. Medir el coeficiente de reflexión de entrada del

receptor.

8. Determinar las pérdidas a la entrada.

9. Calcular factores de desacoplamiento

10. Medir el ruido total del sistema.

11. Corregir plano de medición.

12. Extraer parámetros de ruido.

Cualquier sistema de comunicación requiere que su

etapa receptora sea lo suficientemente sensible y

capaz de recibir la información sin agregar ruido o

degradación a la información [1]. La mayoría de las

veces los receptores modernos procesan señales

muy débiles, pero el ruido agregado por los

componentes del sistema tiende a obscurecer

dichas señales. La sensitividad y la figura de ruido

son parámetros del sistema que caracterizan la

habilidad de procesar señales de bajo nivel.

El tipo de ruido más importante para un receptor es

el ruido térmico, donde la potencia disponible de

ruido se da por:

P kTB

a

=

donde

k es la constante de Boltzmann (1,38x10-23

J/K),

T es la temperatura absoluta (kelvin), y B es el

ancho de banda (Hertz). Dicha potencia puede

acoplarse solamente con una carga óptima igual al

complejo conjugado de una impedancia cuya

temperatura equivalente es el cero absoluto.

La figura de ruido F de una red es una figura de

mérito y se define como la razón de la relación señal

a ruido a la entrada con la de la salida:

So No

F = Si Ni .

El

principio de medición de ruido establece que la

figura de ruido se puede obtener midiendo dos

potencias de ruido (Pc y Ph) a dos temperaturas

diferentes (Tc y Th)

donde To=290 K es la temperatura de referencia y el

factor

Y representa la relación de potencias dado

como:

Pc

Y

= Ph . (4)

Tc

es usualmente la temperatura ambiente "fría" y

Th

la "caliente" que depende de la relación de ruido

en exceso ENR de un generador de ruido:

Th

= To(1+10ENR /10 ) .

La figura de ruido de un dispositivo activo o pasivo

varía en función de los coeficientes de reflexión

presentados a su entrada y de sus parámetros de

ruido.

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

Técnicas de Medición de Relación Señal/Ruido

La relación señal/ruido (SNR) es un parámetro fundamental para la caracterización del desempeño de un enlace inalámbrico. La potencia recibida de señal depende de la potencia transmitida y de la atenuación de trayecto entre transmisor y receptor. La potencia de ruido consiste del aporte del receptor mismo y del ruido (externo) recibido a través de la antena. Normalmente el ruido dominante es el del propio receptor, aunque hay casos en que el factor relevante es el aporte de otros usuarios de la misma banda de frecuencia. En estos casos generalmente no se habla de ruido sino de "interferencia". El caso típico es el de la telefonía celular, en que muchos usuarios generan transmisiones en la misma banda de frecuencias. La separación de la señal deseada de las interferentes se logra evitando la reutilización de una frecuencia portadora en zonas físicamente muy próximas o bien empleando códigos especiales. Aun así, la interferencia suele dominar por sobre el "piso de ruido" del receptor y estos sistemas se conocen como "sistemas limitados por interferencia". En este análisis nos limitaremos a considerar un enlace en que el ruido dominante es el del receptor.

Cuando se transmite una portadora no modulada es muy sencillo medir de la potencia de señal mediante el analizador de espectros. La medición de la potencia de ruido en cambio es algo más complejo en consideración a que el ruido es un proceso aleatorio, cuyos valores peak no guardan la misma relación con el valor r.m.s que los de una señal sinusoidal. El analizador de espectros está calibrado para señales sinusoidales y en consecuencia es necesario aplicar un factor de corrección al medir ruido. En la práctica esto se traduce en que al medir ruido, el analizador despliega un valor que es 2,5[dB] menor que el verdadero, y por lo tanto a la lectura obtenida se le deben agregar 2,5[dB]. Información detallada sobre este punto se encuentra en la referencia.

La potencia de señal recibida P_r en un enlace no obstruido (visión directa entre antena de transmisión y de recepción) puede calcularse como:

, donde

Ptx =

potencia transmitida.

Gtx, Grx

son las ganancias de antena de transmisión y recepción.

PL

= pérdida de propagación de espacio libre.

L = pérdidas varias no incluidas en la pérdida de propagación (por ejemplo la pérdida de cables de conexión entre el transmisor y la antena, en el caso que la potencia transmitida se mida a la salida del transmisor y no en los terminales mismos de antena).

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

Calibración del sistema de medición

La calibración de sistema de medición descrito se

efectuó mediante la técnica TRL ("

thru-reflect-line")

. Esta es una técnica de calibración de dos puertos

basada en líneas de transmisión que se adapta muy

bien a la técnica de medición con antenas de corneta.

El procedimiento de calibración es el siguiente: Se

mide la respuesta en frecuencia y el acoplamiento de

los puertos en ambas direcciones quitando el portamuestras

("thru"); luego se coloca una placa

conductora en el lugar de la muestra y se mide el

coeficiente de reflexión ("reflect"); posteriormente se

retira la placa conductora, se separan las antenas

una distancia predeterminada midiéndose la

respuesta en frecuencia y el acoplamiento de los

puertos en ambas direcciones ("line"). Como se

conocen las características eléctricas del "thru", del

"reflect" y de la "line" se esperan ciertos valores

conocidos de las mediciones antes descritas. Las

diferencias entre los coeficientes de reflexión y de

transmisión medidos contra los esperados sirven

para calcular los coeficientes de error que se utilizan

para corregir las mediciones por desacoplamientos,

atenuaciones parásitas y respuesta en frecuencia de

los componentes del sistema de medición.

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

MEDICIÓN DE HUMEDAD EN SÓLIDOS POR MICROONDAS

La medición de humedad en materiales sólidos tiene

diversas aplicaciones, algunas de ellas son:

El control del contenido de humedad en alimentos,

que es importante para evitar su descomposición

durante el almacenamiento.

El contenido de humedad en cereales tiene una clara

importancia comercial ya que el precio por tonelada

depende del contenido de humedad.

Algunas características físicas de los materiales de

construcción como su resistencia mecánica

dependen de la humedad.

El contenido de agua de una muestra sólida puede

ser determinado indirectamente por medio de

mediciones de permitividad. La permitividad

caracteriza la interacción de la componente de

campo eléctrico de una onda electromagnética con la

e

r - Permitividad relativa

E

- Campo eléctrico aplicado

P

- Polarizabilidad

e

0 - Permitividad del vacío

e

' - Constante dieléctrica

e

" - Factor de pérdidas

La polarizabilidad depende de la capacidad de los

dipolos existentes en la muestra de girar en la

dirección del campo eléctrico aplicado y de la

densidad de dipolos contenidos en la muestra. El

agua es una molécula polar por lo que su

permitividad es elevada (

e'=78.3 para f<1 GHz).

Se puede considerar a una muestra húmeda como

una mezcla de la muestra seca con agua. Hay

muchas teorías para determinar la permitividad de

una muestra a partir de la permitividad de sus

componentes, en el caso que nos ocupa, es de

esperarse que la permitividad de una muestra sólida

aumente su permitividad al aumentar su humedad,

debido a que en general la permitividad del agua es

mucho mayor a la de la muestra seca.
Marbelis Moreno
EES
Seccion:02

Mediciones basicas en un horno microondas

El Diodo se mide con un óhmetro de aguja. Si no te da fugas estará casi con toda seguridad correcto. No debe conducirte ni en una polarización ni en la otra pues estos diodos en realidad son dos puestos en serie y en oposición. Por lo general este tipo de diodo se cortocircuita, es de lo que suele pecar.

El condensador de alta tensión. Es un condensador normal, así que se mide como uno de toda la vida. Lo que pasa es que en algún caso que otro, al tener la carcasa metálica, puede ocurrir que se te cortocircuite uno de los polos con su carcasa.

El transformador de alta tensión es un transformador normal a 220 V pero con la característica que su salida es a 5KV aproximadamente. Por lo tanto, el primario funciona a 220V (sólo cuando el magnetrón necesite ser alimentado, depende del temporizador).

El magnetrón. Para probarlo tienes que hacer dos tipos de medida, y has de hacerlas con las conexiones quitadas. La primera medida es la de filamentos. Verás que el magnetrón sólo tiene dos conexiones, y ambas llevan por una parte la tensión de filmentos y por otra parte la alta tensión. Los filamentos han de darte una medida aproximada de no más de 1 Ohm
Y la otra medida que hay que hacer es medir si tiene cortocircuito el magnetrón. Para ello mide entre los filamentos y el chasis del magnetrón. Ha de medirte aislamiento total, en cuanto tengas alguna medida sea alta o baja...el magnetrón estaría comunicado, con lo cual deberías sustituirlo.

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02

Mediciones del perfil de absorción de potencia a microondas en materiales ferroeléctricos

Una técnica de gran importancia es el perfil de absorción

de potencia a microondas en función de la temperatura; la

cual establece los tipos de dependencias funcionales de

absorción que indican discontinuidades, puntos

característicos, y los mecanismos de absorción de energía

electromagnética presentes. En algunos trabajos se

establece que esta señal es debida principalmente a: (1) la

interacción de las microondas con los dipolos magnéticos o

eléctricos esta señal se

origina por cambios en el comportamiento de la resistencia

del material a frecuencias de microondas.

El perfil de absorción no-resonante de microondas como

función de la temperatura, experimentalmente denominada

MAMMAS (Magnetically Modulated Microwave

Absorption Spectroscopy), es una técnica sin contactos, no

destructiva y altamente sensitiva, que ha sido empleada con

éxito en la detección de transiciones superconductoras

Recientes estudios muestran que materiales no

superconductores presentan el perfil MAMMAS ;

esta técnica ha sido empleada además para detectar

transiciones magnéticas. En la actualidad se esta

desarrollando lentamente una comprensión microscópica

de los procesos de absorción de energía a microondas que

participan.

El perfil de absorción a microondas de un material

ferroeléctrico es debido principalmente a la presencia de

dipolos eléctricos, inducidos por su estructura cristalina, los

cuales pueden seguir al campo de microondas tomando así

energía del campo oscilante y originando una absorción; el

movimiento de los dipolos es restringido o disipativo, así,

para continuar su movimiento deben de seguir absorbiendo

energía del campo de microondas.

Al aumentar la temperatura de estos materiales se

incrementa la excitación térmica, en consecuencia los

dipolos eléctricos absorben todavía aun más energía de las

microondas pues tienen más libertad para moverse; al

llegar a la temperatura de Curie (T

c) desaparecen estos

dipolos eléctricos y disminuye la absorción drásticamente.

Además, al enfriar estos materiales disminuyen los fonones

térmicamente excitados, teniendo menor movilidad los

dipolos, y por tanto se espera una disminución de la

absorción de microondas.

Todo sistema ferroeléctrico que presente en su estructura

un átomo magnético (por ejemplo Fe y Mn), ya sea en

forma estructural o por dopaje, va a presentar un perfil de

absorción muy distinta en comparación a un material sin

componente magnética; debido a que los espines

electrónicos y nucleares absorben por separado, además de

que interactúan a través del acoplamiento hiperfino. La

componente de absorción magnética de los ferroeléctricos

aunque muchas veces es débil, en otros sistemas como el

Pb

1-xEuxTi1-yMnyO3  no puede ignorarse. En un material

ferroeléctrico que contenga momentos magnéticos, estos

serán otros centros de absorción de microondas; debido a

que los momentos magnéticos también interaccionan con el

campo de microondas extrayendo de él energía. Se espera

que la absorción paramagnética de microondas refleje un

comportamiento de acuerdo con el factor de Boltzmann de

las poblaciones de los niveles energéticos, esto es, aumente

(disminuya) la absorción al disminuir (incrementarse) la

temperatura del material en el factor e

(-E/kT); con E la

energía y k la constante de Boltzmann.

Si el material presenta un ordenamiento magnético

(ferromagnético o antiferromagnético) la dinámica de los

momentos magnéticos cambia y se vuelve más compleja;

en particular, en el orden ferromagnético la absorción de

microondas aumenta considerablemente respecto al caso

paramagnético.

Por otra parte, es bien conocido que el ordenamiento

magnético se origina por la interacción de intercambio

entre los espines electrónicos, mientras que el

ordenamiento ferroeléctrico esta dado por la interacción

electrostática clásica de dipolos anclados en la red

cristalina . Los materiales en donde coexiste

simultáneamente el ordenamiento ferroeléctrico y

magnético se denominan ferroelectromagnetos o

magnetoferroeléctricos, como son los casos de YMnO

3

 y Pb(Fe

1/2Nb1/2)O3 . El ordenamiento magnético

de los iones Fe

+3 en el PFN es debido a que la estructura

perovskita presenta la condición de que los ángulos en las

cadenas Fe-O-Fe son cercanos o iguales a 180º, facilitando

el ordenamiento magnético mediante una interacción de

intercambio indirecta entre los iones de Fe a través de los

iones de O . Adicionalmente, el ordenamiento

magnético de los iones Mn

+3 en el YM, es una típica

configuración de un material antiferromagnético triangular

debido a su estructura hexagonal .

En esta investigación se obtiene y estudia el perfil

MAMMAS en los materiales ferroeléctricos en polvo

BaTiO

3 (BT) y PbTiO3 (PT) en las regiones de temperatura

de 293-510 K y/o 289-77 K, y en los

magnetoferroeléctricos en polvo YMnO

3 (YM) y

Pb(Fe

1/2Nb1/2)O3 (PFN) en los mismos intervalos de

temperatura. Los perfiles de absorción de potencia son

discutidos, resaltando sus principales características y

diferencias originadas por sus propiedades magnéticaseléctricas;

proponiendo rasgos distintivos asociados a la

absorción de microondas por dipolos eléctricos, que se

diferencian de la absorción por dipolos magnéticos.
Marbelis Moreno
EES
Seccion:02

INAOE, primer lugar del concurso Creatividad y Originalidad en Mediciones de Microondas

El proyecto Sistema de Sensado de Microondas con Tecnología Metamaterial para Medición de Propiedades de Materiales, del Grupo de Tecnologías Emergentes de Microondas del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), fue ganador del concurso Creativity and Originality in Microwave Measurements (Creatividad y Originalidad en Mediciones de Microondas). Así lo dieron a conocer Rashaunda Henderson y Francisco Falcone, organizadores del Concurso MTT-11, mismo que fue organizado por la Sociedad de la IEEE Microwave Theory and Techniques, la más grande y prestigiosa en el mundo en el área de microondas. El propósito del concurso fue resaltar la configuración o procedimiento de medición de microondas más creativo y original y reconocer al que es realmente notable. No hubo necesidad de usar el equipo más moderno ni el más caro, únicamente tener una idea original que presentara una solución creativa a un problema de medición existente. La decisión estuvo a cargo del Comité del Jurado del MTT-11. El trabajo presentado fue derivado del proyecto del Fondo Mixto de Puebla con el nombre Mediciones de Propiedades de Productos Alimenticios con Técnicas de Microondas, del cual Alonso Corona, investigador del INAOE, fue el responsable técnico, quien comentó "Este sensor sirve para realizar mediciones de diferentes materiales y extraer diversas características a partir de sus propiedades electromagnéticas". Por ejemplo, agregó, sirve para medir cantidad de glucosa en líquidos, propiedades de cultivos biológicos y propiedades de humedad, entre otros. Nuestro sensor tiene varias ventajas, ya que ofrece una gran miniaturización, mayor sensibilidad comparada con la tecnología convencional, además de ser fácilmente integrable en circuitos integrados. "Según nuestros experimentos, que también fueron presentados en el IEEE International Microwave Symposium 2010, realizado del 24 al 27 de mayo en Anaheim, California, nuestro sensor puede ser 10 veces más pequeño que los sensores de guía de onda convencionales, además de tener más del doble de sensibilidad. Estas ventajas son especialmente atractivas en sistemas de sensado portátiles que requieren alta sensibilidad". Marbelis Moreno EES seccion:02

Mejoras en sistema de radio de microondas en duplex.

La presente invención se refiere a mejoras en sistema de radio de microondas, en duplex, para la transferencia de datos analógicos y digitales, entre estaciones emisoras/receptoras, que se mueven por tramos dados previamente y estaciones emisoras/receptoras activas en ambas direcciones de los tramos y colocados por estos tramos en intervalos establecidos previamente, en donde las estaciones de un tramo se encuentran en comunicación con una estación emisora/receptora central, caracterizadas porque las estaciones móviles y/o estacionarias (estaciones intermedias), cuentan con un ramal emisor, una entrada de modulación y un oscilador de microondas común para el ramal de emisión y de recepción y un ramal de recepción con una mezcladora de microondas, un desmodulador y una salida de modulación; el ramal de emisión y de recepción están unidos a un circulador a cuyo tercer brazo que se encuentra entre el brazo unido al ramal de emisión y al brazo unido al ramal de recepción, está conectado un acoplador de 3-dB, al cual están unidas unas antenas desplazadas en su dirección irradiadora en 130 grados; dentro del ramal emisor se encuentra provisto un circuito estabilizador para el oscilador de microondas y una señal de oscilador de microondas disminuidas por el amortiguamiento de desacoplamiento del circulador.

Marbelis Moreno

EES

Seccion:02