Pre informe l9 y l12
- 1. PRE INFORME L9 y L12 MICROONDAS I: Polarización absorción INTRODUCCION: Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético. Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el vacío. el espectro electromagnético abarca desde los 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. Estas ultimas denominadas microondas, son ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado y en la vida cotidiana existen aplicaciones, la mas conocida el electrodoméstico “horno microondas” OBJETIVOS - Analizar posiciones de sonda del campo y relacionar estas con la polarización de las ondas trasnmitidas - Observar y medir la señal percibida por la sonda del campo y comparar con valores aceptados. - Verificar concepto de polarizabilidad de microondas - Observar y analizar la variación de los campos eléctrico y magnético en dirección longitudinal y transversal MARCO TEORICO 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 famosasEcuaciones 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
- 2. Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone unperíodo de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3–3 GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia super alta) 3–30 GHz y EHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30–300 GHz. Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominan ondas milimétricas. Se dice que las ondas pueden polarizarse al igual que las ondas de luz; linealmente, de tal manera que si posee una amplitud de campo eléctrico Eo incide en un polarizador que gira alrededor de la dirección de la polarización de la onda por un angulo α entonces: E(α)=EoCosα Por lo tanto la intensidad de onda también dependería del angulo, según la ley de Malus seria: I(α)=IoCos²α Para medir la fuerza del campo una sonda que no afecta la distribución de este mide la fuerza en un punto, en la sonda los alambres están soldados a un dipolo y actúan como antenas de dipolo para las microondas, la onda del campo E mide la componente paralela al eje longitudinal de la zona y rectifica la señal, la cual es proporcional al cuadrado del campo. TEMAS DE CONSULTA 1) Generador de microondas Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en semiconductores de silicio o arseniuro de galio, e incluyen transistores de efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT. Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.
- 3. Los dispositivos basados en tubos de vacío operan teniendo en cuenta el 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. Usos Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera. En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada. Protocolos 802.11g y btambién usan microondas en la banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM en el rango de los 5 GHz. Latelevisión 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. 1 La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el rango, velocidad, información meteorológica y otras características de objetos remotos; o en el máser, un dispositivo semejante a un láser pero que trabaja con frecuencias de microondas. 2) Guia de ondas Son estructuras que consisten de un solo conductor. Hay dos tipos usados comúnmente: de sección rectangular y de sección circular. También hay elípticas y flexibles.
- 4. Sus pérdidas son menores que las de líneas de tx en las frecuencias usadas (arriba de 3 GHz); y también son capaces de transportar mayores potencias que una línea coaxial de las mismas dimensiones. Ventajas.- Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación. No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro. Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor. Mayor capacidad en el manejo de potencia. Construcción más simple que un coaxial Desventajas.- La instalación y la operación de un sistema de GO son más complejas. Por ejemplo: o Los radios de curvatura deben ser mayores a una para evitar atenuación. o Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales. o Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de uniformidad del medio interior. El tamaño mínimo de la guía para transmitir una cierta frecuencia es proporcional a la de esa frecuencia. Dicha proporcionalidad depende tanto de la forma de la guía como de la distribución de los campos (modos de transmisión) dentro de ella. En cualquier caso, hay una frecuencia mínima que puede ser transmitida, denominada frecuencia de corte del modo principal. 3) Polarizacion de OEM Cuando se superponen los campos eléctricos de dos ondas electromagnéticas, el campo eléctrico resultante no está situado necesariamente en un plano fijo, pues es posible que este gire con el tiempo. El estado de polarización de la onda resultante depende de las amplitudes y fase relativa de las ondas interactuantes. Los siguientes son los posibles estados de polarización: -POLARIZACION LINEAL -POLARIZACION CIRCULAR -POLARIZACION ELIPTICA
- 5. La polarización es una característica de todas las ondas transversales. El tema será abordado tratando el problema desde la perspectiva de la parte visible del espectro electromagnético; sin embargo resulta útil pensar en el problema de una cuerda que en el equilibrio yace, supongamos, a lo largo del eje X. Los desplazamientos de la cuerda podrían ser en la dirección Y, y la cuerda siempre estaría en el plano XY o por el contrario los desplazamientos podrían ser en la dirección Z, y entonces la cuerda siempre estaría en el plano XZ. Cuando una onda tiene solo desplazamientos según Y o solo desplazamientos según Z decimos que está linealmente polarizada en la dirección Y o en la dirección Z respectivamente. En el caso de estas ondas en cuerdas (u ondas mecánicas en general) podemos diseñar un filtro polarizador, o simplemente polarizador, que sólo permita el paso de las ondas con cierta dirección de polarización. En la figura se puede ver que la cuerda puede deslizarse verticalmente en la ranura sin fricción, pero todo movimiento horizontal es imposible, es decir este filtro deja pasar las ondas polarizadas en la dirección Y e impide el paso de las ondas polarizadas en la
- 6. dirección Z 4) Absorción de OEM En el año 1918 Einstein se dio cuenta de que estos dos tipos de transiciones señalados no son suficientes para explicar la existencia del estado de equilibrio entre la radiación y la sustancia. En efecto, la probabilidad de las transiciones espontáneas se define solamente por las propiedades internas de los átomos y, por consiguiente, no puede depender de la intensidad do la emisión incidente, mientras que la probabilidad de las transiciones «absorbentes» depende tanto de las propiedades de los átomos como de la intensidad de la radiación incidente. Para que sea posible el establecimiento del equilibrio a una intensidad arbitraria de la radiación incidente es necesario que existan transiciones «emisoras», cuyas probabilidades aumenten con el crecimiento de la intensidad de la radiación, o sea transiciones «emisoras» provocadas por la radiación. La emisión que surge como resultado de estas transiciones se denomina forzada o inducida. Se puede entender este tipo de emisión si nosotros imaginemos un átomo en un estado excitado cuando la separación entre carga positiva y negativa es aumentada, formando un dipolo. En la presencia de campo electromagnético externo este dipolo arranca a vibrar produciendo una emisión de una onda electromagnética (un fotón emitido) y perdiendo una parte de su energía que conduce a transición a un estado más bajo con la energía y separación entre cargas positiva y negativa inferiores. Partiendo de las consideraciones termodinámicas, Einstein demostró que la probabilidad de las transiciones inducidas (forzadas) que van acompañadas de emisión debe ser igual a la de las transiciones que van acompañadas de absorción de la luz. De esta
- 7. manera, las transiciones inducidas pueden ocurrir con igual probabilidad tanto en uno como en otro sentido. La emisión inducida posee una propiedad muy importante. La dirección de su propagación coincide exactamente con la de la radiación que la provoca, o sea, la emisión externa que causa esta transición. Lo mismo se refiere a la frecuencia, la fase y la polarización de la emisión Fig. 2.3.1 Transiciones electrónicas correspondientes a lozs procesos de emisión y radiación forzada y la radiación que la provoca. Por consiguiente, estas dos ondas, incidente y emitida, resultan ser rigurosamente coherentes. Esta peculiaridad de la emisión forzada es el fundamento del funcionamiento de amplificadores y generadores de luz denominados láser. EQUIPO PROCEDIMIENTO Esta practica consta de 2 partes, las cuales se deben realizar en seguida de hacer el arreglo experimental debido para cada montaje, la primera parte trata de la distribución del campo y la polarización y la segunda de el análisis y toma de datos de la señal recibida por la sonda del campo. BIBLIOG http://ilia.miscomunidades.com/Solid%20State%20Physics/Materiales%20Didacticos/ seccion_2_3a.pdf