Objetivo.

Que el alumno conozca y aprenda a utilizar el equipo de laboratorio de teoría de radiadores electromagnéticos, así como aprender a acoplar de dos formas diferentes el equipo para poder realizar las prácticas de laboratorio subsecuentes.

Introducción.

Diferentes tipos de polarización.

La polarización es una de las características fundamentales de cualquier antena. En primer lugar tendremos que entender la polarización de ondas planas, entonces vamos a caminar por los principales tipos de polarización.

La polarización lineal

Comencemos por entender la polarización de una onda. Un avión electromagnético (EM) se caracteriza por la onda viaja en una sola dirección (sin campo de la variación en las dos direcciones ortogonales). En este caso, el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí ya la dirección de la onda plana se propaga. Como ejemplo, considere la E de frecuencia única de campo dado por la ecuación (1), donde el campo está viajando en la dirección + z-dirección, el E-campo se orienta en la dirección + x, y el campo magnético está en el signo + y-dirección.

En la ecuación (1), el símbolo vector es un vector unidad (un vector con una longitud de uno), que dice que E-campo "puntos" en la dirección x.

Una onda plana se ilustra gráficamente en la Figura 1.

Figura 1. Representación gráfica de E-campo de viaje en + z-dirección.

Polarización es la cifra que las huellas de campo E-hacia fuera mientras que la propagación. A modo de ejemplo, considerar la E-campo observado en (x, y, z) = (0,0,0) en función del tiempo de la onda plana se describe por la ecuación anterior (1). La amplitud de este campo se representa en la figura 2 en varios casos de tiempo. El campo está oscilando en frecuencia f.

Figura 2. La observación de campo E en (x, y, z) = (0,0,0) en diferentes momentos.

Observado en el origen, la E-campo oscila hacia adelante y hacia atrás en magnitud, siempre dirigido a lo largo el eje "x". Debido a que el campo E se mantiene a lo largo de una sola línea, este campo se dice que de polarización lineal. Además, si el eje X es paralela al suelo, este campo también puede ser descrito como "horizontal polarizada "(o, a veces h polos de la industria). Si el campo se orientó a lo largo del eje y, esta onda se dice que "polarización vertical" (o v-polo).

Una onda polarizada linealmente no tiene por qué ser a lo largo del eje horizontal o vertical. Por ejemplo, una onda con una E-campo obligado a mentir a lo largo de la línea se muestra en la Figura 3 también se linealmente polarizada.

Figura 3. Locus de las amplitudes de E-campo para una onda linealmente polarizada en un ángulo.

El campo E en la Figura 3 puede ser descrita por la ecuación (2). El E-campo, ahora tiene un x e y componentes, de igual magnitud.

Una cosa a notar sobre la ecuación (2) es que el x-e y los componentes de la E-campo en fase - que ambos tienen la misma magnitud y varían en la misma proporción.

Polarización circular

Supongamos ahora que el campo E de una onda plana fue dada por la ecuación (3):

En este caso, el x-e y los componentes son de 90 grados fuera de fase. Si el campo se observa en (x, y, z) = (0,0,0) de nuevo como antes, la trama de la E-campo en función del tiempo que aparecen como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. la fuerza de campo eléctrico en (x, y, z) = (0,0,0) para el campo de la ecuación. (3).

El campo E en la Figura 4 rota en un círculo. Este tipo de campo se describe como un polarizada circularmente de onda. Para que la polarización circular, los siguientes criterios se deben cumplir:

Criterios para la polarización circular

El E-campo debe tener dos ortogonales (perpendiculares) componentes. Componentes ortogonales El campo E-debe haber igual magnitud. Los componentes ortogonales será de 90 grados fuera de fase.

Si la onda en la Figura 4 se desplaza fuera de la pantalla, el campo está girando en el sentido contrario a las agujas del reloj y se dice que es mano derecha circularmente polarizada (RHCP) . Si los campos se giran en sentido horario, el campo se mano izquierda polarización circular (LHCP).

La polarización elíptica

Si el campo E tiene dos componentes perpendiculares que están fuera de fase de 90 grados, pero se no es igual en magnitud, el campo terminará polarizada elípticamente. Tenga en cuenta la onda plana viajando en la dirección + z, con E-campo descrito por la ecuación (4):

El lugar geométrico de los puntos que la punta del vector campo E asumiría se da en la figura 5.

Figura 5. Consejo de E-campo de la onda polarizada elíptica de la ecuación. (4).

El campo en la figura 5, se desplaza en el sentido contrario a las agujas del reloj, y si se viaja fuera de la pantalla se mano derecha polarizada elípticamente. Si el vector de campo eléctrico fue rota en la dirección opuesta, el campo sería mano izquierda polarizada elípticamente.

Además, la polarización elíptica es definida por su excentricidad, que es la relación del eje mayor y menor amplitud. Por ejemplo, la excentricidad de la onda dada por la ecuación (4) es 1/0.3 = 3.33. Es polarizada elípticamente se describen con más detalle por el dirección del eje principal. La ola de la ecuación (4) tiene un eje principal propuesta por el eje "x". Tenga en cuenta que el eje principal puede estar en cualquier ángulo en el plano, no tiene por qué coincidir con el x, y, o z-eje. Por último, tenga en cuenta que la polarización circular y polarización lineal son casos especiales de la polarización elíptica. Una onda polarizada elípticamente, con una excentricidad de 1,0 es una onda polarizada circularmente; una onda polarizada elípticamente, con una excentricidad infinita es una onda linealmente polarizada.

Como determinar la polarización de una onda plana.

Para averiguar el tipo de polarización de la onda, es necesario analizar el campo (eléctrico o magnético). El análisis se realizará para el campo eléctrico, pero es similar al del campo magnético.

Si el campo eléctrico es de la forma:

La amplitud de la onda, , va siempre en la dirección de polarización de la onda. Es por ello por lo que se hace necesario analizar para ver qué tipo de polarización se tiene.

Se puede descomponer como suma de un vector paralelo al plano de incidencia y otro vector perpendicular a dicho plano:

Donde el símbolo || se usa para las componentes paralelas, mientras que es para las componentes perpendiculares. Los vectores u, son vectores unitarios en

la dirección que indican sus subíndices (paralela o perpendicular al plano de incidencia).

Se realiza la diferencia y según el resultado se tendrá:

Polarización lineal si la diferencia es 0 o un múltiplo entero (positivo o negativo) de .

Polarización circular si la diferencia es un múltiplo entero impar (positivo o

negativo) de . En este caso se cumple, además, que .

En el resto de casos se producirá polarización elíptica.

Reconocimiento del equipo de laboratorio.

Plano de tierra.

Esto lo usaremos en todas las prácticas a realizar ya que nos ayudara hacer el acoplamiento. Tiene una perilla para ajustar el generador rf a 0, dos entradas para las varillas que se usaran como radiador y está conectado directamente al generador rf. El plano de la tierra se va encargar de estar radiando potencia hacia la varilla para que no haya fuga de radiación.

Generador RF.

Varillas

En esta repisa tenemos colocadas las varillas con las que trabajaremos, encontrando varillas de diferentes tamaño de numero para poder observar la simulación de una antena y así poder observar la distribución de corriente a lo largo de la antena.

Detector de radiación.

Es un medio material activo o pasivo que nos permite registrar alguna propiedad de un campo de radiación ionizante. Llamaremos detector activo aquel que necesita un sistema electrónico de lectura de funcionamiento mientras es radiado para obtener la señal.

Voltaje máx-imo

Categoría 2 Corriente máx0

1

2

3

4

5

6

Serie 1Serie 2Serie 3

El detector de radiación se coloca en 4 ángulos y en uno se llega a inferir con otra mesa de laboratorio lo cual medimos los datos correspondientes.

Ángulo Distancia0 8590 130180 150330 200

Experimento 3

A) Se coloca la varilla número 4 que consta de unos focos que encenderán con la corriente que circule por la antena debido al acoplamiento del plano de tierra y se realiza nuevamente el proceso de acoplamiento.

PD PR PT.5 0 10

B) Con el detector de voltaje y corriente lo colocamos en 3 posiciones diferentes:

POSICION I VBAJO 5 2MEDIO 2 3ALTO 1 5

B

NOMBRE ANGULO DISTANCIA(CM) OBSERVACIONESTHANIA 90 100 REGULARINGRID 270 90 REGULAR

180 135 EXCELENTE

Conclusiones.

En esta etapa del experimento, con los resultados obtenidos, se puede concluir que el acoplamiento tipo B se obtienen mejores resultados.

Equipo y Material.

Plano de tierra Detector de corriente y voltaje Detector de radiación 2 varillas del 21 1 varilla del 13 1 transportador de 360° 1 caja de accesorios 1 varilla del #14 1 copete capacitivo

Desarrollo experimental

Experimento 1

El acoplamiento b fue y será el acoplamiento con el que trabajaremos durante todo el curso porque es el de mejor resultados.

A) Se realizó el acoplamiento que resulto mejor para el equipo, tomando mediciones de potencia directa, potencia reflejada y plano de tierra en el acoplamiento b.

PD PR PT.5 0 10

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELÉCTRICA

LABORATORIO DE TEORIA DE RADIADORES ELECTROMAGNETICOS

PRÁCTICA 1

DESCRIPCIÓN Y OPERACIÓN DEL EQUIPO DE TEORÍA DE RADIADORES ELECTROMAGNÉTICOS

EQUIPO 4

INTEGRANTES

ALMARAZ MECILLAS THANIA ESTEPHANY

ZUÑIGA MOLINA INGRID YAEL

PROF: GUTIERREZ MORENO PILAR GUADALUPE

GRUPO: 5CV11

CALIFICACIÓN:_______