En sus propias palabras describa que es modulación en velocidad y como se puede usar para lograr amplificación a frecuencias microondas. En base a eso explique el funcionamiento de un klystron con la ayuda de los gráficos necesarios.
Respuesta. La modulación en velocidad consiste en alterar los electrones de un campo eléctrico de modo que cada electrón obtenga una velocidad correspondiente a un punto de una sinusoide (modulante). Es decir, los electrones que interactúan con el máximo de la sinusoide tendrán mayor velocidad que los que coinciden con el mínimo. Este fenómeno conduce a que unos electrones más rápidos pasen a los lentos produciendo una distribución especial de carga. Se puede usar para amplificación en microondas si se logra que una señal de radiofrecuencia (el oscilador) realice la función de la onda modulante, modulando en velocidad los electrones y estas adquieren energía cinética mientras viajan en un electrodo (tubo al vacío). Posteriormente debe extraerse el campo eléctrico amplificado.
El Klystron es un tubo al vacío que utiliza la modulación de velocidad de electrones logrando potencias muy altas.
Los electrones de un campo eléctrico DC producidos entre el cátodo y el ánodo son confinados por un campo magnético DC para que sigan una trayectoria lineal a través del electrodo. En la primera cavidad, la interacción de una onda de radio frecuencia produce una modulación en velocidad y estos electrones adquieren energía cinética (Drift Space) hasta llegar a la segunda cavidad donde se sintoniza con la onda de radio frecuencia (RF) para extraer una señal en RF amplificada. El colector se encarga de retener a los electrones restantes.
El Klystron por ser resonante posee un ancho de banda muy estrecho.
Describa el funcionamiento de un amplificador basado en TWT. Compare con el caso anterior
Respuesta. Un amplificador TWT (Traveling Wave Tube) es similar a un Klystron con la diferencia que en vez de usar cavidades con resonancia, utiliza una línea de transmisión que tiene una forma de hélice generando una disminución de la velocidad de la onda (Onda Lenta). A medida que los electrones viajan por la línea, adquieren energía cinética hasta que es extraído. Debido a que la propagación podría darse en ambas direcciones, se utilizan un atenuador para disminuir la onda reflejada. El TWT tiene un ancho de banda mayor al no ser resonante, pero su capacidad de amplificar es menor en comparación con el Klystron. En el TWT se puede lograr hasta un 5% de la velocidad luz.
¿Qué es Diodo Gunn? ¿Cuál es el principio físico en que se basa su funcionamiento? ¿Cómo puede utilizarlo para crear un oscilador que pueda utilizarse en un radar? ¿Cuáles son sus ventajas y desventajas en comparación a los tubos al vacío?
Respuesta. Un diodo Gunn es un elemento de estado sólido, semiconductor, que tiene propiedades de resistencia negativa y puede utilizarse para componer un amplificador. Cuando se rompe la barrera del potencial, la corriente aumenta abruptamente y va disminuyendo si el voltaje sigue aumentando. La ventaja es su pequeño tamaño respecto a los tubos al vacío, menor voltaje de operación y larga duración. En contra parte solo puede generar potencias bajas por lo que se usa en aplicaciones de radares de corto alcance, como por ejemplo un detector de velocidad e tránsito.
Cual es la diferencia entre un radar de adquisición y uno de seguimiento
Respuesta. Un radar de seguimiento modifica la dirección de su patrón de radiación mecánicamente o eléctricamente en función de un blanco detectado y en movimiento. Un radar de adquisición solamente detecta solamente detecta blancos manteniendo un patrón de radiación fijo.
Explique es “lobe-switching” y de qué manera se puede implementar un radar de seguimiento basado en esta técnica
Respuesta. Lobe-Switching es una técnica que utiliza al menos 4 antenas para ubicar la posición de un blanco en altura y azimut. Dos antenas para cada coordenada, de modo que con dos lóbulos correspondientes a cada antena, se calcula la magnitud en la recepción y en base a eso se calcula el error. Este error proporciona la información para modificar la dirección de ambas antenas hasta posicionar el blanco entre ambos lóbulos. Esta técnica se utiliza en un radar de seguimiento.
Que es barrido cónico y en qué se diferencia de la técnica anterior?
Respuesta. Cuando se hace varia la dirección de radiación de la antena, es decir mover la antena por completo, se logra un barrido continuo en lugar de uno discreto. Al desplazarse la antena produce una figura crónica en el espacio cuyo eje de rotación esta angulado respecto al lóbulo principal de la antena.
Qué es un radar monopulso y de qué manera se implementa un radar basado en esta técnica? Haga un esquema de un radar basado en esta técnica.
Respuesta. Un radar monopulso es un radar se seguimiento que utiliza más de una antena receptora para obtener la información relativa del error en un solo pulso y no dos como en Lobe-Switching y Barrido Cónico. Esta técnica reduce el tiempo de corrección de la antena resultando un monitoreo más preciso de un blanco.
Explique el principio Huygens. Aplique el principio de Hyugens para hallar el campo lejano irradiado por una antena de abertura (a,b) en el plano (x,y)
Establece que cada punto de frente de onda se puede considerar como un emisor de ondas esféricas, a partir del cual se pueden hallar nuevos frentes de onda por superposición fasorial. En el campo con una apertura E(x, y) se pueden producir cambios en la dependencia angular del campo lejano.
A partir de las propiedades de la transformada discreta de Fourier se puede obtener casi cualquier patrón de radiación deseado.
Si se realizan cambios bruscos en la función de iluminación, se pueden generar lóbulos secundarios de gran tamaño los cuales pueden ser indeseables. (Se llaman lóbulos de difracción).
Una manera de disminuir el tamaño de estos lóbulos es utilizando iluminación Hamming; al iluminar con Hamming, el área efectiva de la antena disminuye lo que provoca que el lóbulo principal tenga un ensanchamiento. En el plano (x, y) con abertura (a, b); el campo eléctrico toma la dirección del eje X, por lo que se hace cero, en todos los puntos del plano (por ser tangencial), excepto en la apertura donde tiene una variación E(x, y).El campo eléctrico en el campo lejano es:
En base a los resultados obtenidos en el punto anterior, explique que es un phase array y cómo funciona. Explique que un MMIC.
Es un conjunto de elementos radiantes. Además de una variación en la amplitud, se pueden conseguir efectos interesantes manipulando la fase. Entonces, una variación lineal de la fase puede producir cambios en la posición de los lóbulos, esto se puede utilizar para hacer cambios en la dirección de la antena sin tener la necesidad de moverla mecánicamente. Los phase array cambian su patrón de radiación a través de su fase.
Los MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) son elementos que se encargan de realizar cambios de amplitud y fase. Se utilizan con diodos GUNN para formar parte de arreglos de antenas. Si se utilizan en conjunto con los SDR pueden generar buenas capacidades de procesamiento para producir radares inteligentes.
Que es un duplexer? Cuál es su función en el sistema de radar?
Un duplexer es un elemento encargado de la conexión segura de un transmisor de alta potencia protegiendo al receptor de señales excesivas.
Como se sabe, los receptores se diseñaron solo para potencias bajas, una potencia alta podría causar daños en el componente, desde la degradación de la señal a ruido hasta su destrucción.
Existen varios tipos de duplexer:
1. Circuladores: Los cuales permiten la conexión del transmisor y receptor a una misma antena. Entre ambos componentes hay una aislación de aproximadamente 40dB.
2. Tubos de gas o semiconductores: Se utilizan para aislaciones mayores y potencias más grandes
Explique el funcionamiento de un duplexer de gas con acoplador direccional
Un duplexer de gas con acoplador direccional utiliza dos tubos T-R (Transmiter-Receiver) en conjunto con un acoplador diferencial para lograr un aislamiento transmisor-receptor mucho mayor.
Durante la transmisión, los tubos de gas T-R son activados y se podrán en corto, produciendo una reflexión total de la señal del transmisor. La pequeña abertura hará que el campo eléctrico se divida en potencia, una parte entrara por la abertura y otra rebotara con el tubo de gas. La señal que entro por la abertura se desfasa 90° y se suma en fase con la señal reflejada de la guía de onda de abajo que entra por la abertura de su retorno. Esta suma se dirige a la antena. Al transmitir se suman dos campos con fases invertidas y se acumulan.
En la recepción, los tubos de gas estarán inactivos (abiertos) y la energía de la antena atravesara esta zona hasta legar al receptor.