Ondas Guiadas

lunes, 2 de diciembre de 2013

Efecto Faraday

El efecto Faraday (denominado a veces como rotación Faraday) fue descubierto en 1845 por el físico Michael Faraday, e intenta demostrar la interacción entre la luz y un campo magnético. El efecto describe cómo el plano de polarización de la luz puede cambiar y muestra cómo su alteración es proporcional a la intensidad del componente del campo magnético en la dirección de propagación de la onda luminosa.
El efecto Faraday, un efecto magneto-óptico, es la primera evidencia experimental de que la luz y el magnetismo están relacionados. Hoy en día la base teórica para definir esta relación se denomina Teoría electromagnética, y fue desarrollada por James Clerk Maxwell entre los años 1860 y 70. Este efecto ocurre en la mayoría de los materiales dieléctricos transparentes afectados por fuertes campos magnéticos (por ejemplo: 5 Tesla (50000 gauss) para hacer rotar la polarización 90 grados).
El efecto Faraday es resultado de una resonancia ferromagnética cuando la permeabilidad de un material se representa por un tensor. Esta resonancia provoca que las ondas se descompongan en dos rayos polarizados circularmente y que se propagan con velocidades diferentes. Esta propiedad se conoce como birrefringencia circular. Los rayos se recombinan al llegar a la interfase del medio, de tal forma que la onda resultante final tiene una rotación de su plano de polarización.

Proyecto: Radio Transmisor FM

Material Utilizado

1 Transistor 2N2222
1 Micrófono Electret
1 Condensador Electrolítico de 2.2uF/25V
2 Condensadores Cerámicos de .1uF/50v
1 Resistencia 5.7k
2 Resistencias 4.7K
1 Resistencia 2.2K
1 Resistencia 100 K
1 Conector + Soporte para Batería
1 Baquelita
1 Batería 9V
Cautín
Taladro
Soldadura
Estaño
una broca de 1/39

CIRCUITO

Este sencillo circuito, le permitirá transmitir señales de audio en un área de aproximadamente 100 m de radio.

La señal emitida por el mismo, puede ser sintonizada en cualquier punto del Dial de su radio de FM, pues su frecuencia de transmisión puede ser fácilmente localizada entre los 88 y los 108Mhz. Sus usos son ilimitados, puede ser utilizado como monitor para bebes, como micrófono inalámbrico para conferencias, transmitir el audio del PC hacia algún otro punto de la casa

Desarrollo:

Para fabricar la bobina, tomamos el alambre para puentes y lo cortamos por mitad, tomamos los 2 trozos resultantes y los enrollamos en un lapicero común dando 6 vueltas alrededor del mismo.

Hicimos en nuestra baquelita nuestro circuito y soldamos los componentes del circuito

Soldar los componentes de menor altura como las resistencias.
Luego instale los condensadores cerámicos, el condensador variable (trimmer), los 5 espadines y los transistores

Posteriormente, soldamos los condensadores electrolíticos y la Bobina. Recuerde que en la Placa del circuito impreso el terminal identificado con el signo (-) en los condensadores debe quedar ubicado del lado opuesto del identificado con el signo (+). Finalmente soldamos el micrófono, teniendo en cuenta su polaridad, la antena y el conector para la batería de 9v a los espadines respectivos.
Quedando de la siguiente manera:

lunes, 25 de noviembre de 2013

GUIAS DE ONDA

Historia

La primera guía de onda fue propuesta por Joseph John Thomson en 1893 y experimentalmente 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 .

Introducción

Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada, son imprácticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.
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.
Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.
En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.

Principios de operación

Dependiendo de la frecuencia, se pueden construir con materiales conductores o dieléctricos. Generalmente, cuanto más baja es la frecuencia, mayor es la guía de onda. Por ejemplo, el espacio entre la superficie terrestre y la ionosfera, la atmósfera, actúa como una guía de onda. Las dimensiones limitadas de la Tierra provocan que esta guía de onda actúe como cavidad resonante para las ondas electromagnéticas en la banda ELF. (véase Resonancia Schumann).
Las guías de onda también puede tener dimensiones de pocos centímetros. Un ejemplo puede ser aquellas utilizadas por los satélites de EHF y por los radares.

Análisis

Las guías de onda electromagnéticas se analizan resolviendo las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones tienen soluciones múltiples, o modos, que son los autofunciones del sistema de ecuaciones. Cada modo es pues caracterizado por un autovalor, que corresponde a la velocidad de propagación axial de la onda en la guía.
Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía. El modo longitudinal de una guía de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad. Los modos transversales se clasifican en tipos distintos:

Modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico en la dirección de propagación es nula.
Modo TM (Transversal magnético), la componente del campo magnético en la dirección de propagación es nula.
Modo TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación es nula.
Modo híbrido, son los que sí tienen componente en la dirección de propagación tanto en el campo eléctrico como en el magnético.

En guías de onda rectangulares el modo fundamental es el TE_1,0 y en guías de onda circulares es el TE_1,1.
El ancho de banda de una guía de onda viene limitado por la aparición de modos superiores. En una guía rectangular, sería el TE_0,1. Para aumentar dicho ancho de banda se utilizan otros tipos de guía, como la llamada "Double Ridge", con sección en forma de "H".

Desarrollo matemático

Suponiendo una guía en la dirección z, siendo una onda monocromática (único $\omega$ y constante) el campo que se propaga en el interior en la dirección de la guía será de la forma:

$\mathbf E(x,y,z,t)= \mathbf E(x,y)e^{i(\beta_z z-\omega t)}\qquad y\qquad \mathbf B(x,y,z,t)= \mathbf B(x,y)e^{i(\beta_z z-\omega t)}$

Suponiendo que en el interior no hay cargas ni corrientes libres las ecuaciones de Maxwell tomarán la forma:

$\nabla\times\mathbf E=-\frac{\partial \mathbf B}{\partial t}\qquad \nabla\cdot\mathbf E=0$

$\nabla\times\mathbf B=\mu\epsilon\frac{\partial \mathbf E}{\partial t}\qquad \nabla\cdot\mathbf B=0$

Y la ecuación de ondas aplicando la definición de los campos (el campo magnético tendría una forma análoga):

$(\frac{\partial ^2 }{\partial x^2}+\frac{\partial ^2 }{\partial y^2}+\frac{\partial ^2 }{\partial z^2})\mathbf E=(\frac{\partial ^2 }{\partial x^2}+\frac{\partial ^2 }{\partial y^2})\mathbf E-\beta_z^2\mathbf E=\nabla^2 \mathbf E=\frac{1}{v^2}\frac{\partial ^2 \mathbf E}{\partial t^2}=-\frac{\omega^2}{v^2}\mathbf E=-\beta^2\mathbf E$

Definiendo:

$\nabla_{\bot}=\frac{\partial}{\partial x}\hat x+\frac{\partial}{\partial y}\hat y\qquad \frac{\omega^2}{v^2}=\beta^2\qquad\beta_c^2=\beta^2-\beta_z^2$

se tiene que las ecuaciones toman la forma de la ecuación de Helmholtz:

$\nabla_{\bot}^2 \mathbf E+\beta_c^2 \mathbf E=0\qquad y \qquad \nabla_{\bot}^2\mathbf B+\beta_c^2\mathbf B=0$

Descomponiendo el campo en componente longitudinal y transversal:

$\mathbf E=\mathbf E_{\bot}+E_z \mathbf\hat z\qquad \mathbf B=\mathbf B_{\bot}+B_z \mathbf\hat z$

se puede separar de la ecuación de Helmholtz la componenete longitudinal obteniendo:

$\nabla_{\bot}^2 E_z+\beta_c^2 E_z=0\qquad y \qquad \nabla_{\bot}^2 B_z+\beta_c^2 B_z=0$

La función $E_z$ o $B_z$ que cumple unas ciertas condiciones de contorno impuestas por el tipo de guía se denomina potencial de Debye.

Modos TE y TM

Se tratará el caso de un modo TE, para el caso del modo TM tan solo hay que intercambiar en las expresiones el campo eléctrico y magnético. En un modo TE se tiene que:

$\mathbf E=\mathbf E_{\bot}\qquad\Rightarrow\qquad E_z=0\qquad y\qquad \nabla_{\bot}^2 B_z+\beta_c^2 B_z=0$

También se tiene que:

$\nabla\cdot\mathbf B=\nabla_{\bot}\cdot\mathbf B_{\bot}+\frac{\partial B_z}{\partial z}=0\qquad\Rightarrow\qquad \nabla_{\bot}\cdot\mathbf B_{\bot}=-\frac{\partial B_z}{\partial z}=-i\beta_z B_z$

$\nabla_{\bot}\times\mathbf B_{\bot}=\mu\epsilon E_z \mathbf\mathbf\hat z=0$

de modo que:

$\nabla_{\bot}^2 \mathbf B_{\bot}=\beta_c^2 \mathbf B_{\bot}=\nabla_{\bot}\cdot(\nabla_{\bot} \mathbf B_{\bot})-\nabla_{\bot}\times(\nabla_{\bot} \times\mathbf B_{\bot})=-\nabla_{\bot}\beta_z B_z\qquad\Rightarrow\qquad \mathbf B_{\bot}=-\frac{i\beta_z}{\beta_c^2}\nabla_{\bot}B_z$

El campo B longitudinal será la solución de la ecuación de Helmholtz y el campo transversal puede obtenerse a partir de la anterior expresión. El campo eléctrico vendrá dado por las ecuaciones de Maxwell. Dependiendo de la naturaleza de la guía, $B_z$ o $E_z$ (cuyo desarrollo sería idéntico) han de cumplir unas ciertas condiciones de contorno.

Guía conductora

El sistema consiste en una región que se extiende simetricamente a lo largo del eje z limitada por un material conductor de espesor despreciable (un ejemplo de esto sería un cilindro hueco cuyos radios interior y exterior son prácticamente iguales). Si el espesor del conductor es lo suficientemente pequeño y dado que la condición de confinamiento impone que los campos en el exterior sean nulos, por las ecuaciones de Maxwell se tiene que:

$\mathbf B\cdot\mathbf\hat n|_S=0 \qquad y\qquad \mathbf E\times \mathbf\hat n|_S=0$

siendo $\mathbf\hat n$ un vector unitario normal a la superficie de la guía. La continuidad del campo eléctrico implicaría que no existen pérdidas por efecto Joule en el interior del conductor pero dado que tales condiciones son aproximaciones (dado que el espesor del conductor nunca será nulo), si existe una corriente superficial que produce tales pérdidas. Al margen de lo anterior, la corriente producida es lo suficientemente pequeña como para no invalidar el desarrollo empleado.

Aplicaciones

Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a su bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.
También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.
Actualmente, son especialmente importantes, y lo serán más en el futuro, las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.

Tipos de Guías de Onda

Existen muchos tipos de guías de onda, presentándoles aquí las más importantes:

Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica).

Guía de onda de haz: Guía de Onda constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.

Guía de onda tabicada: Formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metálico.

Guía de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.

Guía de onda carga periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficie de contorno.

Guía de onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.

Guía de onda acústicas

Artículo principal: Guía de onda (acústica)

Una guía de onda acústica es una estructura física para el guiado de ondas de sonido. Un ducto para la propagación sónica también se comporta como una línea de transmisión. El ducto contiene algún medio, como aire, para soportar la propagación del sonido.}

NASA

http://www.nasa.gov/

UIT

ESTANDARIZACION MUNDIAL DE LA CALIDAD DE LAS TELECOMUNICACIONES

La estandarizacion es la que a permitido al mundo comunicarse, por esta necesidad existen organismos internacionales que dan recomendaciones no solamente sobre los sistemas de telecomunicaciones, sino que tambien sobre la calidad que deben tener los servicios.

El principal organismo a nivel mundial se llama "UNION INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES" (UIT) y tiene su sede en Suiza, este organismo se auto define como el organismo especializado de las naciones unidas en el campo de las telecomunicaciones. Este organo estudia los aspectos tecnicos y de explotacion y tarifarios.

Otro organismo es "la conferencia mundial de normalizacion de las telecomunicaciones" y se celebra cada 4 años donde se establecen los temas que han de regular las condiciones de estudio de UIT.

En ciertos sectores de la tecnologia de la informacion qe corresponden a la esfera de competencia del UIT, se preparan las normas necesarias en colaboracion con ISO.

http://www.itu.int/es/about/Pages/default.aspx

Ondas Guiadas

Frecuencia :es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda.

Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

$1 \,\mathrm{Hz} = \frac{1}{\mathrm{s}}$

Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:

$f = \frac{1}{T}$

donde T es el periodo de la señal.

La longitud de una onda: es el período espacial de la misma, es decir, la distancia a la que se repite la forma de la onda. Normalmente se consideran dos puntos consecutivos que poseen la misma fase: dos máximos, dos mínimos, dos cruces por cero (en el mismo sentido). Por ejemplo, la distancia recorrida por la luz azul (que viaja a 299.792.458 m/s) durante el tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico (o magnético) es la longitud de onda de esa luz azul. La luz roja viaja a la misma velocidad, pero su campo eléctrico aumenta y disminuye más lentamente que el de la luz azul. Por tanto, la luz roja tendrá una frecuencia menor, lo que hace que su longitud de onda (distancia entre puntos análogos de la onda) sea mayor. Por eso la longitud de onda de la luz roja es mayor que la longitud de onda de la luz azul.

Si representamos esa propiedad (el campo eléctrico en el ejemplo mencionado) en una gráfica entonces podemos decir que la longitud de onda la representamos en esa misma gráfica como la distancia entre dos máximos consecutivos. En otras palabras, describe lo larga que es la onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de presión en el aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen todas sus correspondientes longitudes de onda.

La longitud de onda es una distancia real recorrida por la onda (que no es necesariamente la distancia recorrida por las partículas o el medio que propaga la onda, como en el caso de las olas del mar, en las que la onda avanza horizontalmente y las partículas se mueven verticalmente).

La letra griega λ (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones.

Período:

El período mide el tiempo que se tarde en dar una vuelta completa y se mide en segundos. Es la inversa de la frecuencia.

De la misma forma la frecuencia se puede calcular como la inversa del período.

¿Que Son Los Decibeles?

Son una unidad de medición que permite establecer la potencia de los ruidos. El umbral de audición se encuentra en 0 decibeles y el umbral de dolor en los 120 aproximadamente.
El nivel de ruido se mide en decibeles (dB), una unidad sonora equivalente a la décima parte del Bell, una medida de potencia sonora con la que se expresa la diferencia entre dos sonidos cuyas intensidades se hallan en relación de 10 a 1.
El decibel es una relación matemática del tipo logarítmica donde si aumenta 3 dB un ruido, significa que aumenta al doble la energía sonora percibida.
El umbral de audición está en el 0 dB, y el umbral de dolor alrededor de los 120 dB. Sin embargo, el oído no responde igual a todas las frecuencias de un ruido, vale decir, que escuchamos mejor ciertos sonidos que otros dependiendo de su frecuencia.
Por este motivo se definió el decibel A (dBA), una unidad de nivel sonoro medido con un filtro previo que quita parte de las bajas y las muy altas frecuencias. De esta manera, antes de la medición se conservan solamente los sonidos más dañinos para el oído, razón por la cual la exposición medida en dBA es un buen indicador del riesgo auditivo.
El sonido más débil que un oído sano puede escuchar o detectar tiene una amplitud de una veinteava millonésima de un Pascal, algo así como 5.000.000.000 veces menos que la presión atmosférica normal. Se considera que no deben registrarse más de 30 decibeles para que una persona pueda dormir bien, mientras que 120 decibeles constituyen el umbral de lo soportable.

NIKOLA TESLA

Nikola Tesla (en cirílico: Никола Тесла), Smiljan, Imperio austrohúngaro, actual Croacia), 10 de julio de 1856 – Nueva York, 7 de enero de 1943) fue un inventor, ingeniero mecánico, ingeniero electricista y físico de origen serbio y el promotor más importante del nacimiento de la electricidad comercial. Se le conoce, sobre todo, por sus numerosas y revolucionarias invenciones en el campo del electromagnetismo, desarrolladas a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Las patentes de Tesla y su trabajo teórico formaron las bases de los sistemas modernos de potencia eléctrica por corriente alterna (CA), incluyendo el sistema polifásico de distribución eléctrica y el motor de corriente alterna, que tanto contribuyeron al nacimiento de la Segunda Revolución Industrial.
Tesla era étnicamente serbio y nació en el pueblo de Smiljan (actualmente en Croacia), en el entonces Imperio Austrohúngaro (aunque algunos académicos rumanos afirman que era istrorrumano).^[1]
Era ciudadano del Imperio austriaco por nacimiento y más tarde se hizo ciudadano estadounidense.^[2] Tras su demostración de la comunicación inalámbrica por medio de ondas de radio en 1894 y después de su victoria en la guerra de las corrientes, fue ampliamente reconocido como uno de los más grandes ingenieros electricistas de los EE. UU. de América.^[3] Gran parte de su trabajo inicial fue pionero en la ingeniería eléctrica moderna y muchos de sus descubrimientos fueron de suma importancia. Durante este periodo en los Estados Unidos la fama de Tesla rivalizaba con la de cualquier inventor o científico en la historia o la cultura popular,^[4] pero debido a su personalidad excéntrica y a sus afirmaciones aparentemente increíbles y algunas veces casi inverosímiles, acerca del posible desarrollo de innovaciones científicas y tecnológicas, Tesla fue finalmente relegado al ostracismo y considerado un científico loco.^[5] ^[6] Tesla nunca prestó mucha atención a sus finanzas. Se dice que murió empobrecido a la edad de 86 años.^[7]
La unidad de medida del campo magnético B del Sistema Internacional de Unidades (también denominado densidad de flujo magnético e inducción magnética), el Tesla, fue llamado así en su honor en la Conférence Générale des Poids et Mesures (París, en 1960), como también el efecto Tesla de transmisión inalámbrica de energía a dispositivos electrónicos (que Tesla demostró a pequeña escala con la lámpara incandescente en 1893) el cual pretendía usar para la transmisión intercontinental de energía a escala industrial en su proyecto inconcluso, la Wardenclyffe Tower (Torre de Wardenclyffe).^[8]
Aparte de su trabajo en electromagnetismo e ingeniería electromecánica, Tesla contribuyó en diferente medida al desarrollo de la robótica, el control remoto, el radar, las ciencias de la computación, la balística, la física nuclear,^[9] y la física teórica. En 1943, la Corte Suprema de los Estados Unidos lo acreditó como el inventor de la radio.^[10] Algunos de sus logros han sido usados, no sin controversia, para justificar varias pseudociencias, teorías sobre OVNIS y sobre anti-gravedad, así como el ocultismo de la Nueva era y teorías sobre la teletransportación.