Dise˜ no y desarrollo de un impedanc´ımetro uhf mediante

A través del Acceso Abierto se pretende incrementar la visibilidad y el impacto de los resultados de la investigación, adoptando las políticas y cumpliendo los protocolos y. Otras aplicaciones de los medidores de impedancia incluyen el desarrollo y prueba de sensores, materiales y celdas electroquímicas [1].

Prop´osito del documento

Alcance del proyecto

Personal involucrado

Esta consistió en medir impedancias conocidas, fabricadas en LAC, con la unidad Z-UHF completa. Esto da una medición de 30 mV/dB y 10 mV/grado, como se muestra en la Figura C.6.

Anteproyecto 9

Plan de proyecto y cronograma

Se basa en la automatización de un banco de medición mediante técnicas de reflectometría. En la sección 4.3.2, se lleva a cabo un mayor desarrollo de este algoritmo de identificación de tokens.

Proyecto 12

Circuito detector

Primeros prototipos
Dise˜ no final

El esquema de la Figura 3.16 muestra el resultado de la red coincidente. Luego se implementó el diseño de la PCB siguiendo las reglas definidas en la especificación técnica, obteniendo el resultado de la Figura 3.17.

M´odulos complementarios

La producción del circuito impreso se realizó en el laboratorio de comunicaciones con ayuda de luz ultravioleta con los elementos necesarios: percloruro de hierro, lámina fotosensible, pistola de calor. Este voltaje se utiliza para el chip ERA-5, y para el resto de componentes la versión original diseñada en LAC utilizó el regulador LM317.

Desarrollo del Firmware

Desarrollo del Software

Interfaz visual
Backend

Además, hay un espacio de trabajo en el que se muestran los resultados gráficos de la medición en subventanas. El modelo de error de tres términos y una puerta (sólo reflexión) presentado en el artículo se muestra en la Figura 3.24.

Desarrollo de la estructura

Blindaje electromagn´etico

Esto es fundamental para la correcta detección de la fase de la onda reflejada (que tiene la información de la parte imaginaria de la impedancia compleja del sistema bajo prueba). La ecuación que modela el voltaje de salida con la relación de fase.

Resultados 33

Diferencia entre la fase te´orica y la real

Para el bloque encargado del procesamiento de datos, es necesario conocer exactamente las diferencias de fase reales entre los detectores. Por lo tanto, la prueba fue exitosa y la diferencia de fase entre los detectores está dentro de los parámetros utilizables.

Identificaci´on del signo de fase y medici´on en zona prohibida

La Figura 4.1 corresponde a las mediciones de fase del coeficiente de reflexión del detector 1 y del detector 2. A partir de 1700MHz, en este gráfico la medición del detector 1 comienza a reducir su diferencia de fase con respecto al detector 2, fenómeno que la rutina interpreta en el etapa posterior como cambio de signo. En el gráfico de la Figura 4.2 se puede ver la interpretación de la señal realizada a partir de los datos de ambos detectores, el algoritmo coloca la señal asegurando que preserva la diferencia de fase correspondiente a cada frecuencia.

Para mitigar estos efectos en la zona prohibida, el algoritmo fuerza la diferencia de fase conocida, dando el valor de medición 1.

Mediciones de impedancia

Aplique una señal fija a ambas entradas integradas con una frecuencia fija en el rango de operación y mida el voltaje en la salida del detector. Aplique una señal a ambas entradas integradas con una frecuencia variable en el rango de operación y mida el voltaje en la salida del detector. Aplique una señal fija a ambas entradas del circuito detector con una frecuencia fija en el rango de operación y mida el voltaje en la salida de los detectores.

Aplique una señal a ambas entradas del circuito detector con una frecuencia variable en el rango operativo y mida el voltaje en la salida de los detectores.

Conclusiones 40

Conclusiones de la gesti´on del Proyecto

El inicio del proyecto coincidió con la finalización del seminario del proyecto final de Ingeniería Electrónica del año 2021. Se incorporaron diferentes herramientas de gestión de proyectos para gestionar los plazos de cada hito fijado en el plan de trabajo y un registro de lo realizado. Junto al cuaderno de bitácora se registran detalladamente las horas dedicadas a las distintas tareas realizadas.

El tiempo total invertido en el proyecto fue de 1248 horas y la Figura 5.1 muestra cómo se gestionaron. a) Gráfico circular (b) Gráfico de barras Figura 5.1: Distribución de las horas invertidas en el proyecto.

Conocimientos aplicados y adquiridos

Las mediciones se realizarán mediante técnicas de reflectometría utilizando un acoplador de dos vías. Se utilizará una variedad de elementos necesarios para aplicar técnicas de reflectometría en el instrumento Z-UHF. Las mediciones se realizarán mediante técnicas de reflectometría utilizando un acoplador de dos vías.

Las curvas ideales de voltaje en función de la magnitud y el desfase que se muestran en la figura C.6 son proporcionadas por el fabricante y corresponden a la disposición de los componentes que utilizaremos. Algunos ejemplos de bandas de interés se muestran a continuación en la Tabla C.2. En el gráfico de la Figura C.20 se puede observar que la pérdida de inserción se mantiene por debajo de 0,3 dB en el rango de interés.

En el gráfico de la Figura C.21 se puede observar que dicha especificación se encuentra entre 19dB y 21dB en el rango de operación. En el gráfico de la Figura C.22 se puede observar que dicha especificación es mayor a 20dB en el rango de operación.

Bibliograf´ıa 43

Alcance

Proyecto

Definiciones, acr´onimos y abreviaturas

Descripci´on general

Perspectiva del producto
Funcionalidad del producto
Caracter´ısticas de los usuarios
Restricciones
Suposiciones y dependencias

El sistema detallado deberá ser capaz de generar una medida de impedancia específica en el rango de frecuencia UHF de interés (1500 a 2000 MHz.) a partir de la aplicación de técnicas de reflectometría. Una vez construido y calibrado el dispositivo sólo será necesario conectar el sistema a caracterizar, iniciar la medición y obtener información de su impedancia. Para la aplicación de técnicas de reflectometría, por temas de alto costo, se cuentan con acopladores bidireccionales pertenecientes al laboratorio de comunicaciones.

Además, es deseable que el dispositivo funcione en el rango de frecuencia UHF, lo que requerirá la selección de los componentes correctos dadas las limitaciones de los circuitos integrados comerciales y las herramientas de laboratorio disponibles.

Requisitos espec´ıficos

Requisitos de las interfaces

Interfaz de usuario
Interfaz de hardware

Requerimientos funcionales
Requerimientos de Rendimiento
Restricciones de Dise˜ no
Atributos del Sistema

Fiabilidad
Mantenibilidad

Una de las etapas intermedias de las técnicas de reflectometría requiere la separación de la onda incidente y reflejada que atraviesa la carga para su posterior análisis. Descripción del requisito Tomar los datos enviados por el bloque controlador, procesarlos y mostrarlos en un gráfico al usuario. Descripción del requisito El desarrollo se centrará en un rango de frecuencia objetivo de 1500 a 2000 MHz.

Descripción de requisitos Se requiere una impedancia característica de 50 ohmios. Solicitar prioridad alta.

Otros Requisitos

Se realizará una calibración necesaria en las diferentes frecuencias de operación, para aplicar a los valores medidos, utilizando cargas cuyas impedancias tengan valores conocidos, por ejemplo cortocircuitos o resistencias de precisión, generando una matriz que se precarga. El microcontrolador que procesa todos los datos podrá ser actualizado y optimizado por un programador en el futuro.

Ap´endice

Para el bloque detector, se utilizarán y conectarán los componentes mencionados en la Figura 5 tal como aparecen allí. 7] para producir el divisor de potencia Wilkinson con un diseño similar al de la Figura C.12. Una vez obtenida la diferencia de fase buscada en la frecuencia central, se puede determinar la diferencia que existirá en el resto de frecuencias de la banda de interés mediante la ecuación = 2.51cm∗360λ.

Las rampas observadas representan el desfase en función de la frecuencia y a partir de esto se crea una "tabla de diferencia de fase".

Especificaci´ on funcional 51

Descripci´on del dispositivo

Especificaciones funcionales

RF01: Ajuste del rango de medici´on y comunicaci´on
RF02: Barrido en frecuencia
RF03: Separaci´on de onda reflejada
RF04: Detecci´on
RF05: Lectura y env´ıo de datos
RF06: Procesar datos Recibidos

Mapear valores del ADC
Calcular fase sin ambig¨ uedad
Calibrar coeficiente de reflexi´on
Determinar impedancia

RF07: Graficar y mostrar resultados
RF08: Calibraci´on del usuario

Como se explica en la introducción de la correspondiente placa, las mediciones erróneas se evitan mediante el uso de dos detectores y el posterior procesamiento de datos, como se explica en el apartado 4.3.2. Con base en los cálculos realizados, estos campos quedan definidos por las ecuaciones C.11 en función de la frecuencia de. Las curvas tienen diferentes pendientes debido a la ubicación del desnivel; en un detector se retrasa en fase y en otro avanza.

Finalmente, juntando todos estos procesos, habría un algoritmo que se puede representar mediante el pseudocódigo de la figura C.38.

Especificaci´ on t´ ecnica 59

Hardware

RT01: Placa circuito detector

Detector
Divisor de potencia
Diferencia de caminos
Red de adaptaci´on

RT02: Acoplador bidireccional
RT03: Placa microcontrolador-generador

Fuente

RT04: Modulo de Comunicaci´on
RT05: Panel de Estados

Como se puede observar en la Figura C.2, para lograr la diferencia de fase conocida entre ambos detectores, que se requiere para la implementación del circuito detector, se decidió utilizar una diferencia en el camino de la onda entre los caminos que la onda reflejada desde el divisor 2 a ambos detectores. En la Figura C.5 se puede ver una versión simplificada del diagrama funcional del integrado. Al trabajar con los pasos por cero de las señales limitadas, la diferencia de fase es independiente de la amplitud de entrada de ambas señales.

Se decidió utilizar una Red Π que tiene la topología de la Figura C.16, porque sugiere un diseño simple y fácil implementación en la PCB.

Firmware

RT6: Control del Generador ADF4351
RT7: Adquisici´on
RT8: Comunicaci´on con la interfaz de la Pc
RT9: Control del panel de estados

Para la implementación de los registros fijos se utilizará el software proporcionado por el fabricante, descargable gratuitamente en [12]. Finalmente, en el bloque de modificación del registro RO de la Figura C.28, será necesario utilizar la ecuación C.11 para que al aumentar la frecuencia se modifiquen ambos campos y con la ecuación C.10 de acuerdo con el registro a configurar en el generador. Para recopilar los valores de medición del detector, utilizarán cuatro ADC integrados en el microcontrolador.

Las cuatro mediciones (fase y amplitud de cada detector) se realizarán secuencialmente en el algoritmo.

Software

RT010: Interfaz visual
RT011: Conexi´on, Env´ıo y recepci´on de datos
RT012: Procesamiento de datos recibidos

Mapeo de valores
C´alculo de fase con signo y compensaci´on de zona prohibida
Magnitud
C´alculo de Rho
Calibraci´on
C´alculo de Impedancia

RT13: Gr´aficos
RT14: Calibraci´on personalizada por usuario

Si estamos en el caso 2 donde la fase 1 está en la zona prohibida mayor a 160 X entonces se coloca un signo negativo a la fase 2 y se resta la diferencia de fase conocida. El software debe haber cargado previamente los parámetros de calibración one00,e11 y ∆e para ingresar a la ecuación C.18 y obtener el ρ calibrado. Finalmente, utilizando la ecuación C.19, se obtendrá el valor de impedancia para cada frecuencia a la que se realiza la medida.

Como se explica en la sección 4.3.5, la calibración se logra mediante tres parámetros conocidos precargados.

Estructura f´ısica

RT15: Gabinete
RT16: Blindaje electro-magn´etico

Para evitar este efecto, los paneles de mayor tamaño que estarán en la zona central se dispondrán de manera que los planos de tierra queden enfrentados, como se muestra en la Figura C.45. PUERTO DE CONEXIÓN DE ENCENDIDO/APAGADO 2. Conecte el dispositivo a través de la fuente de alimentación en el puerto de alimentación 4 y presione el botón de encendido 5 ubicado en la parte posterior de la carcasa. En el caso de la bomba de circulación se observan problemas de ajuste, los intentos de mejorarla en la segunda iteración no dieron resultados.

Las mediciones deben estar desfasadas 90° en el rango de barrido de frecuencia.