Caracterización de los bloques

En la primera parte del diagrama de bloques (Fig. 5.1), es la parte del emisor en donde se tomó un trasmisor a 433.92 MHz (Fig. 5.2 y 5.3), el cual va a tener la función de generar una onda electromagnética, presenta una impedancia de salida de 50 ohms, esta impedancia de salida nos interesa debido a que las mediciones experimentales fueron realizadas con esa impedancia de salida.

Se maneja 50 ohms en los equipos de medición y líneas de transmisión, porque si se manejara una menor impedancia (30 ohms) proporcionaría una elevada potencia de transmisión, pero si se maneja una alta impedancia (77 ohms) se tiene una mayor atenuación, por esa razón se toma una impedancia intermedia de 50 ohms por estandarización.

Fig. 5. 2 Pines de Transmisor EETLP434A

Fig. 5. 3 Imagen real del transmisor EETLP434A

La medición de impedancia de salida de un generador, se tiene primeramente a un generador ideal que tiene una impedancia de salida 0 ohm y un osciloscopio con una impedancia de entrada infinita, para no consumir corriente y que disminuya el voltaje del generador.

Fig. 5. 4 Generador ideal

Mientras que en el generador real presenta una impedancia de salida baja, el osciloscopio tiene una impedancia alta de entrada en sus canales de 1 M.

Fig. 5. 5 Generador real

Entonces por divisor de voltaje obtenemos la impedancia de salida del generador

_(5.1)

Dónde:

Rx= Impedancia del generador

RL= Impedancia de carga

Vi= Voltaje del generador

VL=Voltaje en la carga

En caso particular de nuestro transmisor para poder comprobar si la impedancia de salida del transmisor es de 50 ohms, analizaremos el componente con la ayuda de un osciloscopio digital, realizando divisor de voltaje para observar los 50 ohms de impedancia de salida de forma indirecta.

Fig. 5. 6 Diagrama para poder determinar la impedancia del transmisor

Para determinar la impedancia de salida del transmisor primero debemos medir el voltaje pico a pico que nos está entregando el transmisor con un osciloscopio (véase Fig. 5.6 inciso 1), después debemos colocarle en paralelo la resistencia de 50 ohm, porque la DataSheet informa que el transmisor presenta una impedancia de salida de 50 ohms y medir el voltaje en la carga de 50 ohms con el osciloscopio (véase Fig. 5-6 inciso 2). Por ejemplo, sí la señal del transmisor es de 1 volt pico a pico, y después colocamos la carga de 50 ohms y medimos el voltaje en la carga, esta deberá ser de 0.5 volt pico-pico, esto indica que la impedancia del generador es de 50 ohms, debido a que si la impedancia del transmisor es de 50 ohms y le colocamos una carga de50 ohms, el voltaje en la carga será la mitad, con respecto a la que nos está entregando el transmisor sin carga.

Fig. 5. 8 Equipo de medición utilizado para medir la señal del transmisor EETLP434A

En la siguiente tabla muestra las mediciones realizadas para poder determinar la impedancia de salida del transmisor EETLP434A, se medirá el voltaje de salida del transmisor sin carga para observar el voltaje pico-pico máximo y después se colocara la carga de 50 ohms para observar la caída de voltaje, que deberá de ser la mitad del voltaje pico-pico, es decir al voltaje pico positivo.

Tabla 5. 1 Voltaje de salida del transmisor con carga y sin carga Voltaje p-p sin carga Voltaje p-p con carga 507.8 mV 286.24 mV 494.1 mV 280.33 mV 511.7 mV 281.33mV 514.4 mV 272.10 mV 501.8 mV 287.96 mV 517.4 mV 280.51 mV 500.5 mV 273.79 mV 519.5 mV 286.58 mV 528.7 mV 286.01 mV 499.3 mV 286.50 mV Promedio: 509.52 mV Promedio: 282.103 mV

De la ecuación 5.1, determinamos la impedancia de salida del transmisor EETLP434A

Los 40.3 ohms no se encuentra muy alejado de los 50 ohms.

Una vez observada la impedancia de salida del transmisor; esta puede ser alimentada desde los 2 volts de corriente directa hasta los 12 volts corriente directa, este tiene un efecto en el nivel de la potencia trasmitida, es decir, entre más voltaje sea alimentado el transmisor entonces trabajara a una mayor potencia e inversamente.

Primeramente se implementó con una batería de 9 Vdc, pero el voltaje variaba de 7, 8, 9 y 9.5 Vdc, entonces se regulo ese volate a 5 Vdc para mantener fija la potencia de transmisión del dispositivo. Para observación de la variación de la potencia transmitida del dispositivo, se utilizó un analizador de espectros Tektronix 2711, su rango de operación es de 9 kHz a 1.8 Ghz con máximo de nivel de potencia de 20 dBm, tal instrumento arroja las mediciones en dBm y se colocó a una frecuencia de central de 434 MHz con un span de 50 Mhz y un nivel de referencia de 20 dBm.

Fig. 5. 10 EETLP434A alimentado con 7.87 Vdc da una potencia de 7.5 dBm

Fig. 5. 11 EETLP434A alimentado con 5 Vdc da una potencia de 0.1 dBm

En el segundo bloque viene siendo la etapa de la guía de onda cilíndrica que ya fue descrita en los capítulos anteriores.

Para el bloque de 3 y 4 se refiere a la recepción y adecuación de la señal transmitida por lo cual se implementó el circuito integrado AD8307A, que es un amplificador logarítmico disponible en un paquete 8-Lead (SOIC-8), demodulador completo de DC a 500 Mhz monolítico basado en la técnica progresiva de la compresión (detección sucesiva), proporcionando una gama dinámica 92 dBm y una de 88 dBm a un error apretado de ±1 dBm, limitada en todas las frecuencias hasta 100 Mhz. Es extremadamente estable y fácil de utilizar, no requiere ningún componente externo significativo. Solo es necesario

Tiene la función de recibir una señal en dBm y la referencia a un nivel de voltaje de corriente directa. Para poder comprobar su rango de conversión experimentalmente se utilizó un generador de señal Rohde & Schwarz modelo SML02 el cual genera señales de 9 KHz a 2.2 GHz, con un rango de nivel potencia de -140 dBm a 13 dBm, se tomaron varias señales con diferentes frecuencias y niveles de amplitud, las cuales fueron inyectadas al circuito integrado AD8307A y en su salida se midió el nivel de voltaje DC con un multímetro, las conexiones se muestra en el diagrama siguiente.

Fig. 5. 12 Diagrama para observar la respuesta del AD8307A

Para el bloque del generador de señal SML02 de la Fig. 5.12 se realizó un programa en MatLab para el control por vía remota a través de GPIB (Apéndice C), debido a que el equipo presentaba algunos problemas con el panel frontal, el programa controla la frecuencia y el nivel de potencia deseados para transmitir con una impedancia de salida de 50 ohms.

En el bloque de C.I. de la Fig. 5.12 se configuro al circuito integrado AD8307A para medir potencia a una impedancia de 50 ohms el cual quedo de la siguiente forma:

Fig. 5. 14 Descripción de los Pines del AD8307A

Fig. 5. 15 Diagrama esquemático de la implementación del AD8703A

En la salida (Pin 4) denotada en la Fig. 5.15 se coloca un multímetro en modo de voltímetro DC para observar el voltaje resultante de la señal de entrada (Pines 1 y 8), que es inyectada por el generador de señal SML02, a diferentes frecuencias y niveles de potencia.

Fig. 5. 16 Equipo para la caracterización de AD8307A

Fig. 5. 17 Control del generador de señales SML02

Fig. 5. 18 Curvas obtenidas por comportamiento del AD8307A, experimental

Teniendo las curvas sobre el comportamiento del circuito integrado AD8307A se tomara la que se aproxima más a la frecuencia del transmisor EETLP434A y determinar la ecuación que rige ese compartimento en el rango de -70 dBm a 0 dBm véase en la Fig.

Fig. 5. 19 Grafica a 434 MHz del AD8307A y su ecuación

En los bloques 5 y 6 está referido al procesamiento y desplegado de la información, y esta información es obtenida del bloque anterior (3y 4) de la Fig. 5.1, los bloques 5 y 6 son implementados por un microcontrolador de la marca Microchip modelo PIC18F4550, el cual en la parte de la señal de salida del AD8307A es una señal analógica que varía de 0 a 2.5 Vdc (obsérvese en la Fig. 5.18), utilizando la propiedad del microcontrolador del convertidor analógico-digital, el cual tiene una resolución de 10 bits (210 = 1024) en un intervalo de voltaje de 0 a 2.5Vdc, entonces tenemos una resolución de 2.44 mVdc por bit, para ser representada en dato binario y ser procesada por el microcontrolador.

Después de tener la conversión asociada al voltaje del AD8307A en un equivalente binario, el microcontrolador tendrá que convertir nuevamente a un voltaje (dato), para utilizarlo en la ecuación con la que trabaja el circuito integrado AD8307A (ecuación 5.3).

(5.3)

De la ecuación anterior obtenemos la potencia recibida en dBm (dato), el cual nos servirá para la otra ecuación de transmisión vs conductividad.

_(5.4)

El dato obtenido se envía a un display alfanumérico 16x2, que informa el nivel de conductividad del agua analizada, véase el programa en el Apéndice C.

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 Convertidor RMS a DC a 434Mhz dBm V o lt s Ecuacion AD8307A a 434Mhz

Fig. 5. 20 Partes de dispositivo de medición de conductividad

Fig. 5. 22 Medidor de conductividad

Los bloques 1, 3, 4, 5, 6 de la figura 5.1 fueron introducidos en una cajita de madera de 10x14 cm, pero la etapa de RF forzosamente tuvo que ir en un compartimento de metal para evitar interferencias indeseables del medio exterior, para evitar que se introduzcan a los circuitos de la RF, lo cual provocaría un mal funcionamiento o una mala interpretación de los datos procesados.