Misura del coefficiente di riflessione con ponte riflettometrico

Anno scolastico 20__- 20__
ESERCITAZIONE DI LABORATORIO N.1
OGGETTO: Misura del coefficiente di riflessione con Ponte Riflettometrico
STUDENTE:
CLASSE: V SEZ.: A - ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI
DISCIPLINA: TELECOMUNICAZIONI.
DURATA MASSIMA DELLA PROVA: 6 ore
STRUMENTI: Generatore RF, Ponte riflettometrico, Multimetro
Il Generatore RF permette di effettuare esperienze su antenne e linee nella gamma UHF (banda IV e V). Le
frequenze utilizzate sono centrate attorno al centro-banda di 701,5 MHz, frequenza alla quale lo strumento si
predispone automaticamente all'accensione. Il cambio frequenza viene effettuato in forma ciclica premendo i tasti UP
o DOWN: ad ogni pressione corrisponde un gradino nella direzione desiderata, accompagnato dal lampeggio del Led
posto sul pulsante stesso.
Il Ponte Riflettometrico (Fig. 1) è composto da due resistenze da 75 Ω, dalla impedenza nota Zn e dalla impedenza
incognita Zx; i condensatori C1 e C3 sono di valore identico e di reattanza trascurabile alle alte frequenze.

Se Zx=Zn il ponte è in equilibrio, cioè un segnale applicato all'ingresso "generatore" si divide in parti uguali
sui due rami del ponte, i punti A e B si trovano alla medesima tensione ed il diodo non rivela alcun segnale.

Se Zx è diversa da Zn i punti A e B si trovano a tensioni diverse; al diodo è applicata la differenza delle due,
che viene raddrizzata e fornita, tramite le resistenze 10KΩ ed il condensatore di filtro, al misuratore.

Il ponte fornisce quindi una misura del rapporto tra le due impedenze Z n e Zx, sotto forma di una tensione
continua; si noti che la tensione applicata al diodo è uguale anche se le tensioni Vzx e Vzn sono scambiate tra
loro, in quanto lo sbilanciamento del ponte è lo stesso.

Se Zx è lasciato aperto, la Vzn è uguale a metà della tensione fornita dal generatore (Vzn = E/2), Vzx è uguale
alla tensione del generatore(Vzx = E) e quindi Vd =Vzx/2; se Zx è invece in cortocircuito, Vzx = 0 e Vd è
ancora uguale a metà della tensione del generatore.

Se a Zx viene sostituita una linea adattata, la potenza uscente dal ponte vede solo l'impedenza terminale, e
quindi il ponte è in equilibrio; se invece la linea non è adattata la tensione riflessa viene misurata dal
voltmetro, in quanto si somma a quella incidente.

Il valore massimo di Vout è quindi quello ottenuto con il cortocircuito o con il circuito aperto (cioè con
sbilanciamento massimo del ponte) ed è pari a metà della tensione fornita dal generatore.

Sia E la tensione fornita dal generatore (Fig. 2.1). Le tensioni su Zn e Zx sono:
VZn 
E
2
VZx  E (
1
ZX
)
Z X  Z0
e la tensione sul diodo:
Vd  VZn  VZx  E[
2Z  Z X  Z 0
ZX
1
E Z  Z0
E
E ROS  1
 ]  E[ X
] [ X
]  | KV |
Z X  Z0 2
2(Z X  Z 0 )
2 Z X  Z0
2
2 ROS  1
La tensione rivelata è quindi proporzionale al valore assoluto del coefficiente di riflessione Kv
Se Zx = 0 oppure Zx = ∞ allora |Kv| = 1; Vout = E/2.
Se Zx = Zn la tensione di uscita è nulla Vout = 0
 Se la potenza assorbita dal diodo è trascurabile - cioè il carico applicato al circuito in CC connesso al diodo è
ad alta impedenza - la formula è esatta; purtroppo il diodo non è in grado di rivelare linearmente tensioni
inferiori a circa 200 mV e di questo deve essere tenuto conto nelle misure.
Conduzione della prova:
1. Collegare generatore, ponte riflettometrico, cavi e multimetro come in Fig. 1
2. Predisporre il generatore ad una certa frequenza (ad es. 509,5 o 701,5 MHz), inserire in Z n la terminazione
da 75 Ω e in Zx la terminazione di cortocircuito (in modo che tutta la potenza generata venga riflessa) e
regolare l'ampiezza del generatore in modo da ottenere sul multimetro una lettura di 400 mV. Tale tensione è
un valore di riferimento corrispondente ad una situazione di riflessione totale che si presenta alla estremità
della linea.
3. Togliere il cortocircuito e collegare al suo posto una terminazione Zx =75 Ω
4. Il rapporto fra la tensione che ora si misura sul multimetro e la tensione di riferimento corrispondente alla
riflessione totale (400 mV nel nostro caso) è il coefficiente di riflessione del carico Z x collegato alla linea a
75 Ω. In teoria, essendo in condizioni di perfetto adattamento fra linea e carico (Z C = Zx =75Ω), il
coefficiente di riflessione (Kv=0) dovrebbe essere nullo, cioè non vi è riflessione.
5. Inserire in Zx = 50 e 100 Ω: il coefficiente di riflessione aumenta rispetto al caso precedente
6. dalla relazione:
ROS  SWR 
1  KV
1  KV
si può ricavare il Rapporto di Onde Stazionarie
7. Dalla relazione
Z 0 1 | KV |

Z X 1 | KV |
si può risalire, una volta misurato il coefficiente di riflessione Kv e nota l'impedenza caratteristica della linea,
all'impedenza di carico Zx
2
8. Effettuare le misure per ciascuna terminazione a frequenze diverse e riportare i risultati in tabella.
N°
f
[MHz]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
469,5
489,5
509,5
529,5
549,5
569,5
589,5
609,5
629,5
649,5
669,5
677,5
685,5
693,5
701,5
709,5
717,5
725,5
733,5
753,5
773,5
793,5
813,5
833,5
853,5
Vout
Zn=75 Ω
Zx=50 Ω
Vout
Zn=Zx=75 Ω
Vout
Zn=75 Ω
Zx=100 Ω
KV 
Vout
1  KV
ROS  SWR 
Vrif
1  KV
Vrif. =400 mV
9. Confrontare i valori ottenuti con quelli teorici, utilizzando le seguenti formule:
KVTEORICA 
Zc  Z0
(Coefficiente di riflessione)
Zc  Z0
ROS  SWR 
1  KV
1  KV
(Rapporto di Onde Stazionarie)
10. riportare su un grafico l'andamento del coefficiente di riflessione (e del ROS = SWR) al variare della
frequenza.
3
- Zn=Zx=75 Ω
Z c  Z 0 75  75

 0;
Z c  Z 0 75  75
Vrif=400 mV
KVTEORICA 
Vout= Kv ∙ Vrif = 0 ∙ 400 mV= 0
Vout=0,1 mV
V
0,1
KV  out 
 0,00025
Vrif
400
- Zn=50 Ω, Zx=75 Ω
Z  Z 0 50  75
KVTEORICA  c

 0,2 ;
Z c  Z 0 50  75
Vout=53,3 mV
in teoria Vout=80 mV
Vout= Kv ∙ Vrif = - 0,2 ∙ 400 mV= - 80mV
Vrif=400 mV
V
53,3
K V  out 
 0,13
Vrif
400
Vout= Kv ∙ Vrif = - 0,2 ∙ 400 mV= - 80mV
- Zn=100 Ω, Zx=75 Ω
KVTEORICA 
Vout=32,2 mV
Z c  Z 0 100  75

 0,142 ; Vout=Kv ∙ Vrif = 0,142 ∙ 400 mV= 56,8mV
Z c  Z 0 100  75
in teoria Vout=56,8 mV
KV 
Vout=Kv ∙ Vrif = 0,142 ∙ 400 mV= 56,8mV
Vout
Vrif
ZC Impedenza di carico
Z0 Impedenza caratteristica della linea
Kv = Ki = 0
Linea adattata
Kv = -1
Ki = 1 (ZC = 0)
Linea in cortocircuito
Kv = 1 Ki = -1 (ZC =∞) Linea aperta
4
Vrif=400 mV
32,2

 0,08
400
Linee di trasmissione
Le linee di trasmissione provvedono a trasferire i segnali sotto forma elettrica tra due luoghi distanti. Esse si comportano
come quadripoli passivi e come tali attenuano i segnali che li percorrono.
5
6
7
8
9