INFORME DE LABORATORIO L9 Y L12

MICROONDAS

PRESENTADO POR:

LAURA CAMILA GONZÁLEZ - 2132434

LAURA CAMILA OSORIO - 2132

ANDREA PAOLA GUALDRON -2132

PRESENTADO A:

LUIS ALEJANDRO PRADA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE FÍSICA

Bucaramanga

27 de agosto de 2015

PRINCIPIOS TEÓRICOS

• ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

La existencia de ondas electromagnéticas de las cuales las microondas forman

parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a

partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue

el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la

construcción de un aparato para generar y detectar ondas de radiofrecuencia.

Una onda electromagnética es la perturbación simultánea de los campos eléctricos y magnéticos, la cual es perpendicular a estos, es emitida mediante un movimiento vibratorio de cargas eléctricas que se hacen oscilar en la antena (por medio de un voltaje alterno), por lo que éstas sufrirán aceleraciones, dado que para invertir su movimiento deben frenarse y después acelerarse, lo que genera el campo magnético, mientras que el eléctrico se genera por la variación de la carga, desde un valor cero (cuando se neutralizan las cargas positivas y negativas)Los campos eléctricos y los magnéticos se manifiestan como fuerzas de atracción y repulsión: cargas del mismo signo se repelen y de signos contrarios, se atraen; así como polos semejantes se repelen y polos diferentes se atraen;De esa manera los campos eléctrico y magnético oscilantes formarán las ondas electromagnéticas. Cabe resaltar que no requieren un medio material, algunos ejemplos de ondas electromagnéticos son: la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.

En el vacío, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es igual al de la velocidad de la luz, es decir:

c= 1

√εo μo≈3×108m /s

Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta kilómetros.

La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas se relacionan mediante la expresión:

λf=c

Las ondas electromagnéticas se deducen de las ecuaciones de Maxwell que se transforman en expresiones vectoriales:

∇2 E⃗=ε oμo∂2 E⃗∂ t2

∇2 B⃗=εo μo∂2 B⃗∂ t 2

• ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

La radiación electromagnética es el flujo saliente de energía de una fuente en forma de ondas electromagnéticas ya sea natural o artificialmente; El espectro electromagnético es el conjunto de todas las frecuencias posibles a las que se produce radiación electromagnética, por lo tanto posee una amplia gama de frecuencias. Su clasificación no tiene límites precisos, pues diferentes fuentes pueden producir ondas en intervalos de frecuencia superpuestos parcialmente.

A continuación se puede observar la amplia gama de tipos de radiación del espectro electromagnético, pues abarca desde rayos gamma hasta las ondas de radiofrecuencia, pasando por los rayos X, los rayos ultravioleta, la luz o espectro visible, el espectro infrarrojo y las microondas:

Microondas

Son  ondas electromagnéticas cuya frecuencia se encuentran entre 300 MHz y 300 GHz, su periodo de oscilación entre 3 ns (3×10−9 s) a 3 ps (3×10−12 s) y su longitud de onda entre 1 m a 1 mm. Por así decirlo, su frecuencia va desde los mil-millones de hercios hasta casi el billón. Se encuentran, a nivel de frecuencia, por encima de las ondas de radio, pero por debajo de las ondas de infrarrojos.

Generación de Microondas

Las microondas pueden ser detectadas mediante un rectificador de diodos de silicio conectado a un amplificador y a un dispositivo de registro o una pantalla.pueden ser generadas principalmente por dos formas:

Por dispositivos de estado sólido que esta basados en semiconductores de silicio o arseniuro de galio, además de transistores de efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT. (los transistores estándar para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas)

Por dispositivos basados en tubos de vacío que operan con movimiento balístico de un electrón en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, entre los que se incluyen el magnetrón, el klistrón, el TWT y el girotrón (estos dispositivos transforman la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microonda)

Aplicaciones:

El horno de microondas: usa un magnetrón para producir ondas a una

frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz, las cuales hacen vibrar o rotar las

moléculas de agua generando calor.

Telecomunicaciones: son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan

fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras

longitudes de onda mayores. Estas se emplean en programas informativos de

televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una

estación de televisión. La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable

coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas

redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.

En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que

utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o

permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.

En los radares, se usa para detectar el rango, velocidad, información

meteorológica y otras características de objetos remotos.

Las cámaras de RF. Desempeñan un papel importante en el ámbito de radar,

detección de objetos y la extracción de identidad mediante el uso del principio

de imágenes microondas de alta resolución, que consiste, esencialmente, en

un transmisor de impulsos para iluminar la tarjeta, un auto-adaptador aleatorio

de fase seguido por un receptor de microondas que produce un holograma a

través del cual se lee la información de la fase e intensidad de la tarjeta de

radiación.

Guía de Ondas

La primera guía de onda fue propuesta por Joseph John Thomson en 1893 donde sugería propagar ondas electromagnéticas dentro de una cavidad metálica cilíndrica y experimentalmente fue verificada por O. J. Lodge en 1894. El análisis

matemático de los modos de propagación de un cilindro metálico hueco fue realizado por primera vez por Lord Rayleigh en 1897 . En electromagnetismo y en telecomunicación, una guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas, la transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia. 

Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de estas ondas en cables o guías. En SHF, banda de frecuencia donde se encuentran las microondas, las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que introducen mucha perdida al voltaje y corriente de súper alta frecuencia que viaja por ellos, impidiendo que la microonda llegue a su destino con un nivel de potencia apropiado para que la información que transporta pueda ser extraída sin errores

Polarización de Ondas Electromagnéticas

Es una propiedad de las ondas que pueden oscilar con más de una orientación. Esto se refiere normalmente a las llamadas ondas transversales, en particular se suele hablar de las ondas electromagnéticas, aunque también se puede dar en otras ondas transversales. Por otra parte, las ondas de sonido en un gas o líquido son ondas exclusivamente longitudinales en la que la oscilación es siempre en la

dirección de la onda; por lo que no se habla de polarización en este tipo perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; por convención, el plano de polarización de la luz se refiere a la polarización del campo eléctrico de ondas. En una onda electromagnética, tanto el campo eléctrico y el campo magnético son oscilantes, pero en diferentes direcciones; ambas perpendiculares entre si y. 

El estado de polarización de la onda resultante depende de las amplitudes y fase

relativa de las ondas interactuantes. Los posibles casos de polarización se

enuncian a continuación:

Polarización Lineal 

Una onda electromagnética plana se dice que está linealmente polarizada. El campo eléctrico transversal de la onda va acompañado de un campo magnético como el que se ilustra  

Polarización Circular Luz polarizada circularmente consta de dos ondas electromagnéticas planas perpendiculares con una diferencia de fase de 90º. La luz que se muestra a continuación, está polarizada circularmente. 

 

Polarización Elíptica  La luz polarizada elípticamente consiste de dos ondas perpendiculares de amplitudes desiguales y con una diferencia de fase de 90º. La ilustración muestra una luz polarizada elípticamente a la derecha.  

Absorción de Ondas Electromagnéticas

Debido a que la atmósfera terrestre no es un vacío sino que está formada por

átomos y moléculas de diversas sustancias gaseosas, líquidas y sólidas que

pueden absorber las ondas electromagnéticas.

Cuando una onda electromagnética se propaga a través de la atmósfera terrestre,

se transfiere energía de la onda a los átomos y moléculas atmosféricos.

La absorción de onda por la atmósfera es análoga a una pérdida de potencia I2R.

Una vez absorbida, la energía    se pierde de manera permanente causando una

atenuación en las intensidades de voltaje y campo magnético, y una reducción

correspondiente de densidad de potencia.

La medida en que una onda es absorbida en la atmósfera por sus distintas

partículas depende de s frecuencia y es relativamente insignificante a menos de

unos 10 GHz. Así también la absorción de una onda depende del medio de

propagación. Las pérdidas por absorción no dependen de la distancia a la fuente

de radiación sino de la distancia total que la onda se propaga a través de la

atmósfera, es decir, que las pérdidas por absorción en el primer kilómetro de

propagación son las mismas que en el último kilómetro en un medio homogéneo.

 

BIBLIOGRAFÍA

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/208019/MODULO%20ANTENAS%20Y%20PROPAGACION-2011/leccin_20_atenuacin_y_absorcin_de_ondas.html

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/vila_b_ca/capitulo1.pdf

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/albornoz/microwaves.pdf