Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Conceptos de electrónica, máquinas no clasificadas en otros apartados, equipos de medida, cuestiones técnicas diversas, telecomunicación, informática, vídeo, televisión, cine, presentación de equipos, etc. ¿No sabemos bien dónde encajar lo que queremos decir? Aquí podemos hacerlo.
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Llorens
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269474Mensaje Llorens »

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- Experimentando con microondas de 24 GHz -2-


Bueno, pues acudí al trastero en donde guardo muchos kilos de viejo material electrónico, y después de buscar durante un buen rato, en la 6ª fila de la 4ª columna, en una caja encontré los módulos Doppler que andaba buscando...

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Y aquí está lo que recogí, tres módulos de bocina y diodo Gunn de 24 Ghz (uno de ellos que no parece estar en buen estado) y otro distinto con antena Microstip, seguramente de 16-18 Ghz... También un sensor electromagnético de proximidad...

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En casa también encontré otros módulos Doppler, pero todos ellos de antena Microstip. El primero es de 10 Ghz, los segundos de frecuencia sin duda superior, y los terceros bastante inferior, tal vez de 5 Ghz o inferior...

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No obstante para estas experiencias de momento prefiero centrarme con los de diodo Gunn de 24 Ghz, sin duda más estables que los osciladores DRO que llevan los otros. Además, me hace como algo de ilusión saber que estoy emitiendo y recibiendo señales de tan sólo 18 mm. de longitud de onda. Aquí tengo dos de ellos desmontados y con unas piezas de adaptación que me he fabricado para poder sujetarlos...

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Para evitar problemas de descargas estáticas que afecten al Gunn o al diodo mezclador, les he soldado sendas resistencias de 2,7 KΩ entre sus terminales de salida y masa, añadiendo en paralelo a la del Gunn un condensador de desacoplo de 100 nF...

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De los tres sensores Doppler de este tipo, uno de ellos tenía rastros de que en algún momento le entró agua y afectó al circuito, y por desgracia también al módulo de radiofrecuencia, cuyos diodos dan lecturas anómalas, el Gunn en cortocircuito y el mezclador no rectifica. Por este motivo lo he desmontado para ver el interior... Y hay realmente poca cosa, aparte del cuerpo metálico que forma la cavidad, los pequeños diodos mezclador y Gunn, ambos con su contacto superior que en realidad es una trampa de 1/4 de onda...

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Aquí unos gráficos sobre la configuración de un "Gunnplexer", como se les llama a estos módulos que integran el oscilador y el diodo detector... Aunque en este caso junto al Gunn está un diodo varactor de ajuste de frecuencia, que en los míos es un tornillo que ajusta la cavidad.

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Tras el "iris" que separa la parte osciladora está la guiaondas con el diodo mezclador, y en el caso anterior con una ferrita que evita la demasiada RF incida directamente en el mezclador, lo que acarrearía su destrucción. En mi caso esto lo hace un tornillito ajustable, superior.

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En mis módulos hay un segundo "iris" en forma de 8 horizontal antes de la bocina, y no me preguntéis el motivo, porque las microondas son una técnica a medio camino de la fontanería y la magia en que los componentes, condensadores e inductancias no son directamente visibles...

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Vale, pues también preparo unas bases donde poder montar ambos módulos a distinta altura para pruebas en mi taller. Aprovecho para ello trozos de varilla roscada y unos ánodos de zinc que compré (pero nunca utilicé) para experiencias de química...

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Así montados los podré orientar y ajustando la altura evitar en lo posible los rebotes con el suelo...

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Así pues, ya podré iniciar las pruebas, excitando uno de los módulos sólo como transmisor, con un "bip, bip, bip" que simule una baliza, y el otro como receptor heterodino que pueda recuperarme esta señal a cierta distancia... Y sobre esto tengo que decir algo...

...Que como me ha ocurrido otras veces, creyendo que la idea de usar estos módulos de radar Doppler para puertas y alarmas, para en cambio transmitir y recibir señales, era una idea mía original, pero al rebuscar información en Internet ha resultado que algunos radioaficionados ya habían realizado experiencias similares en los 70, hace ya 50 años... Así que otro Ignobel que se me escapa ... :) Aquí unos ejemplos de estas experiencias:

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...Pero bueno, da igual, sin estos pioneros ahora estaría haciendo exactamente lo mismo, además, como es habitual seguiré mi propia evolución con estos módulos Doppler, experimentando, corrigiendo, a veces acertando, y sobre todo aprendiendo...

Continuará... Un saludo a todos...
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269481Mensaje Llorens »

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- Experimentando con microondas de 24 GHz -3-


Lo siguiente ha sido construir una "baliza" que pueda generar señales configurables a voluntad. Para ello he dispuesto de un Arduino con el programa correspondiente para emitir secuencias de "bips" que puedan ser reconocibles frente a otras portadoras o señales aleatorias...

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El módulo Doppler de 24 Ghz (Gunnplexer) tiene un consumo de 100 mA, y por ello necesita un transistor driver que amplifique la corriente de salida del pin 10 del Arduino. Para eso he utilizado en conocido BD137 un NPN de media potencia montado en seguidor de emisor...

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En cuanto al programa es de lo más simple, un bucle de 2 mS que genera una señal cuadrada de marca/espacio 1+1, es decir, una frecuencia de 500 Hz, y que oscila durante 2 segundos con un tiempo de silencio de 1 Seg, antes de repetir todo el ciclo...

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Esta señal cuadrada de unos 4,4 Volts, polariza el diodo Gunn oscilador, el cual emite a través de la pequeña bocina los trenes de microondas correspondientes, como muestra este corto vídeo...



El siguiente paso consistirá en poder medir directamente la señal de radio resultante de la mezcla de la onda incidente generada por el Gunn emisor, y la oscilación local generada en el receptor por su propio Gunn, y para ello necesitaré instrumentos especiales...

Podría usar una radio de onda corta, pero ignoro las frecuencias de ambos Gunn de 24 Ghz y cualquier pequeña diferencia puede dar una "frecuencia intermedia" fuera de las bandas, así que lo mejor será rescatar un viejo analizador de espectro que construí unos 35 años atrás...

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Este instrumento "hand made" lo construí en el 91 para poder ajustar un emisor de UHF destinado a enviar una señal de vídeo desde un aeromodelo a tierra, y nunca más lo he usado, así que sin duda deberé darle un repaso antes de ponerlo en marcha.

Este "analizador de espectro" hecho en casa está basado en un viejo sintonizador de TV en que la tensión de sintonía la sustituí por una señal en "diente de sierra", que va explorando toda la banda seleccionada, la III de VHF (174 - 230 Mhz) o las IV y V de UHF (470 - 862 Mhz)...

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La salida va a un amplificador de "Frecuencia Intermedia" modificado para estrechar la banda de paso y a un detector AM. Esta señal irá al eje Y del osciloscopio, mientras que el diente de sierra irá al eje X, representando en forma de espectro en pantalla toda la banda explorada.

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Otro añadido es un oscilador de UHF del que llevaban los viejos aparatos de vídeo, que ajusté a unos 500 Mhz y que, de conectarlo, puede heterodinar la señal de entrada, permitiéndome "trasladar" las frecuencia de 0,5 a 250 Mhz al UHF, enstre 500 y 750 Mh y poder visualizarlas...

Añadí un atenuador de sensibilidad de entrada, otro de ganancia del eje X para una representación entre 2 y 60 Mhz por división, y otro de centrado horizontal. También un marcador de 5 Mhz que permite identificar cual es el pico de referencia cero... Ésta sería una pantalla...

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...En que junto al pico de referencia cero aparece el ruido radioeléctrico que desgraciadamente tengo en casa en la banda baja por todas las fuentes conmutadas de las bombillas LED y demás aparatos electrónicos... Así pues, una vez limpios los potenciómetros y conmutadores con el milagroso spray CRC 2-26, el analizador arrancó sin problemas y pude realizar la primera medición de la señal de 24 Ghz heterodinada a una frecuencia baja, en este caso de unos 10 Mhz...




En principio la anchura de la señal es una sorpresa pero creo que es por la modulación de los pulsos cuadrados a "todo o nada" en la tensión de alimentación del Gunn, que además reduce la pendiente por el condensador de desacoplo de 0,1 uF en el diodo oscilador... Para cercionarme quito la modulación del emisor, alimentándolo directamente a 5 V, con lo cual debería aparecer una raya espectral fija... y así resulta, como se ve en la imagen. El motivo era la gran dependencia de la frecuencia del Gunn con respecto a la tensión de alimentación

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Esto me hace suponer que una modulación FM estándar de 75 Khz posiblemente corresponda a una variación muy pequeña de tensión... Ya lo mediré, mientras tanto construiré un estabilizador de tensión más preciso que la fuente que ahora utilizo...


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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269485Mensaje Llorens »

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- Experimentando con microondas de 24 GHz -4-


Una vez ajusto con el Analizador de Espectro una diferencia de unos 85 Mhz entre las frecuencias de los módulos emisor y receptor de 24 Ghz, conecto la FI de salida del receptor a la entrada del Medidor de Campo Promax, para amplificar y detectar esta señal en modulación FM.




He bajado el valor de la modulación FM en el emisor y ahora varía 0,3 Volts el valor de alimentación del diodo Gunn (de 5 a 4,7 Volts), y sospecho que debería reducirlo aún más... También tengo problemas que me entran señales de emisoras FM locales y deberé mejorar el blindaje.

Parte de la señal espúrea me entra a través de la punta de prueba y la larga toma de masa del cable de osciloscopio que estoy utilizando. Debería ser un cable coaxial RG174 y un conector blindado (que no tengo) para la entrada del Promax, pero lo construiré con chapa de una pila.

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Luego con el Dremel y fresas modifiqué un conector macho RCA, adelgazando el pivote central y cortando estrías en la parte de masa, ya que ahora tiene que entrar en la base del Promax, que es algo extraña. Luego, con la chapa metálica hago un blindaje que no deje resquicios.

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...El conector acabado, protegido con funda termorretráctil, y conectado en el Promax, con el resultado que la estación de FM que antes me entraba con la amplitud de 1 mV, ahora apenas mueve la aguja sobre 1 uV, mil veces menos...


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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269502Mensaje Llorens »

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- Experimentando con microondas de 24 GHz -5-


Para proseguir las pruebas tengo que convertir el receptor en autónomo. La corriente la puedo obtener del Promax, que modifiqué convirtiendo unos bornes del medidor de resistencia en salidas de corriente de 12 Volts ...pero para el diodo Gunn debo poder ajustarla entre 3 y 5 V...

No tengo integrados reguladores ajustables y tampoco los puedo comprar en la isla, ya que la única tienda de electrónica cerró hace un par de años, así que echo mano a un viejo circuito estabilizador y lo monto en la protoboard...

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Y regula, sí, pero con mucha caída de tensión con sólo pedirle 200 mA. También tengo placas reguladoras "Step-Down", pero van a conmutación y una medición del rizado de salida me da 50 mV, a todas luces demasiado. Debería filtrarlo a conciencia hasta 1 mV, lo cual no conseguiré.

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Otra prueba con un regulador 1117 de tensión fija 3,3 V, pero trucándolo para que regule a través de la masa, mejora las características. La tensión solo cae 0,1 Volt, pero sigue siendo demasiado para tener la necesaria estabilidad de frecuencia en el oscilador Gunn...

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Otra prueba adicional añadiendo un operacional LM393, con el cual consigo una salida muy estable y un rizado inferior a los 2 mV...

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Un compañero me comentó que un buen regulador es el LM-317, y entonces recordé otra caja de componentes en la que no había mirado, y "voilà", allí encontré dos integrados de este tipo... cuyo diagrama interno es además semejante al mío del operacional...

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Así pues, este quinto circuito ha dado lo que necesitaba. Una estabilidad excelente y un rizado inmedible con mi osciloscopio...

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Y todo bien, excepto que me volvió a aparecer rizado de unos 5 mV cuando conecté el pequeño voltímetro digital

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Este voltímetro es de dos hilos, lo cual significa que la tensión de medida y la alimentación del propio voltímetro se toman del mismo sitio, y eso es malo, porque al ser un módulo digital los transitorios de consumo pueden ser muy difíciles de eliminar...

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Así pues observo el circuito del voltímetro y los diminutos componentes SMD para ver cómo puedo separar las dos tensiones... y en concreto descubro un diodo a través del cual se mezclan la tensión que va al chip de control y la que va al regulador de alimentación...

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Retirando este diminuto componente y separando ambas tensiones hacia un pin de entrada distinto, espero que pueda conectar la alimentación directa a 12 V no estabilizados y la de medida a la salida del regulador, con lo cual la carga sobre éste debería ser ya mínima...

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Así pues, éste es el rizado final que el voltímetro digital añade, inferior a 1 mV, que sin duda podré disminuir aún más aumentando el condensador electrolítico de salida...

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Ahora construiré una caja metálica para alojar estos componentes y un preamplificador de frecuencia intermedia adicional, ya que debo evitar en lo posible que me entren señales externas de la banda de FM, que como creo que ya he dicho, estoy utilizando como FI...


Continuará... Un saludo a todos...
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269503Mensaje Llorens »

¿Nadie ha hecho nada con microondas? ¿A nadie le interesan estas frecuencias, el efecto Doppler, la emisión y recepción simultánea, digamos "autoheterodina" y estos componentes electrónicos tan especiales? ¿Alguien con alguna pregunta o comentario? :?:
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269504Mensaje jm1966 »

Te estamos todos siguiendo con atención. Sin embargo, me temo que no soy el único que sólo tiene experiencia con ‘el microondas’ y no con ‘las microondas’.
Estamos de alumnos, con la boca abierta, ante tanto conocimiento.
Éstos son mis Principios. Si no le gustan, tengo otros (G. Marx).
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269505Mensaje ciadelgramofono »

Es verdad...
A por ello!
Llorens
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269508Mensaje Llorens »

Sí, bueno, pero no son halagos lo que busco y hasta creo que desvían la única intención de despertar interés por temas técnicos, de electrónica, mecánica o física que nos rodean... Y tampoco va de microondas, ni de resonancias de una taza de café, o de una pinza robótica... Si no de poner ilusión en algo, dedicar tiempo a prepararlo lo mejor que sé y luego cientos de visitas y cero comentarios, ni siquiera para criticar, y eso me hace sentir que le estoy hablando a un muro... En fin, en realidad soy injusto, porque nadie está obligado a nada, eso es solo mi problema... así que ya se me pasará...

Venga, acabo este tema de las microondas y creo que luego me tomaré un descanso...

Saludos a todos...
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Re: Último: Experimentando con microondas de 24 GHz

Mensaje: # 269509Mensaje Llorens »

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- Experimentando con microondas de 24 GHz -6-

Para esta caja utilizaré mi material habitual, la hojalata de potes de pintura sin usar, barata, fácil de cortar y doblar y que al estar estañada se suelda con facilidad... Aquí marcando y cortando las formas de base...

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Aquí la caja ya está soldada. Como conectores de entrada y salida de radiofrecuencia (sobre los 90 Mhz) utilizaré bases SMA. Por esto también he construido un adaptador de SMA a la entrada del Medidor de Campo Promax, que conectado queda perfecto...

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La hojalata me gusta. Si no está en el exterior resiste bien la oxidación, y siempre se puede pintar. Aquí otra de las cosas que hice con este material, un medidor de campo de banda ancha entre 700 y 2500 Mhz, que utilicé con las pruebas de pulsos con el magnetrón.

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Vale, la radiofrecuencia con conectores SMA pero para alimentaciones y señales necesito algo distinto, de más pines, y como otras veces acudo a la fuente de placas recicladas, en este caso de un PC para extraerle las bases PS-2...

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Aquí ya las he desmontado, luego les doy una forma individual con un soporte que pueda soldarse a la caja, y también recupero conectores PS-2 machos de viejos ratones de bola...

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Con estos materiales reunidos ya puedo proceder a instalarlos en la caja, en la cual, con un Dremel y una fresa he practicado los agujeros necesarios... Aquí el PS-2 de salida ya fijado y sujetando los SMA con un muelle para que no se muevan al soldarlos...

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Han quedado bien. Los SMA serán la entrada y salida del preamplificador de Frecuencia Intermedia de 90 Mhz y el PS-2 la salida de tensión al diodo Gunn pero también más tarde el control de temperatura del mismo...

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También instalo el otro PS-2 de entrda de tensión y control en la cara contraria, en el interior el circuito regulador de tensión con LM317 y en el frontal el potenciómetro de ajuste de tensión y el voltímetro indicador...

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Una vez el circuito montado le añado el cableado, de momento muy simple, y en la caja un refuerzo perimetral en donde irá tapa, también de hojalata...

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Aquí con la tapa puesta. Observar el rectángulo junto al radiador del regulador de tensión que evita que el aire caliente se quede dentro...

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Para los cableados que sean sensibles a las señales utilizo cablecillo coaxial RG-174, y con eso me he encontrado que el último que me mandaron de China (el de la derecha), parece un cable malo de audio, con poco cobre, sin trenzar y dejando numerosos huecos...

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Aquí ya tengo el módulo montado y atornillado sobre el viejo Medidor de Campo Promax, que actuará de amplificador de Frecuencia Intermedia y de detector, tomando también de él la corriente necesaria para funcionar...

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Otro tema distinto es la modulación del Gunnplexer emisor. Antes, al utilizar un tono de audio, provocaba una caída de tensión de 0,5 Volts sobre la alimentación de 5... Pero un par de simples medidas me indican que esto produce una sobremodulación de 7,5 Mhz ...demasiado...

Con un tono simple no había más problema que el ensanche del espectro, pero si ponemos voz causaría una distorsión inaceptable. Quiero modular en FM en banda ancha, que es un desplazamiento de 75 Khz y que a su vez equivale a tan solo 5 mV de cambio en la alimentación...

Para ello usaré un transformador con un bobinado de baja impedancia en serie con la alimentación, mientras que el de alta (relativa) irá a la fuente de sonido. Rebusco en mis cajas y encuentro algunos de viejos transistores que podrían servir. Elijo el segundo por la derecha...

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Y con este componente montado hago la prueba de modulación analógica, de momento a corta distancia, simplemente para probar la viabilidad del sistema, ya que en experiencias similares no he visto que modularan directo sobre el Gunn, si no sobre un varactor que mi módulo no tiene.




Lo siguiente será aumentar distancias para ver en qué grado se atenúa la señal. También efectuar mediciones del lóbulo de radiación y cálculos adicionales para un preamplificador de de FI. Si solo con las bocinas alcanzara unos 100 metros ya estaría bien.

...Y otra prueba de emisión/recepción de 24 Ghz a la mayor distancia que permite mi casa ...digo 16 metros pero posiblemente son más, entre 18 y 20. También veo que para que los Gunn estabilicen su temperatura (y frecuencia), se necesita algo más de tiempo, como 7-10 minutos..



Un saludo a todos
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