VIERNES 28 DE NOVIEMBRE DEL 2014
TEORIA ELECTROMAGNETICA
Materia: Teoría Electromagnética Maestro: Ing. Campos bolaños José Guadalupe
Eugenio Semestre: 6 Carrera: Ing. Electrónica Nombre del Alumno:
Martínez Campechano Esteban Tareas a Evaluar:
Fabricantes de guías de ondas
Practicas con guías de ondas
FABRICANTES DE GUIAS DE ONDAS La guía de onda es otro medio de comunicación también muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas.
No todas las guías de onda son duras, también existen guías de onda más flexibles, existe un tipo de guía de onda que fabrica una compañía que se llama ANDREW, y a este tipo de guía de onda flexible se le conoce como Heliax. 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. 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.
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.
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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: •
Los radios de curvatura deben ser mayores a una l para evitar atenuación.
•
Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar
mediante soportes especiales. •
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 l 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. Por ejemplo para una guía de onda rectangular, la dimensión mayor de la sección rectangular se designa con la letra A, y la mínima requerida se da en la siguiente tabla para distintas frecuencias: Frecuencia Dimensión A 3 GHz
5 cm.
300 MHz
50 cm. !
30 MHz
5 m. !!
Tipos de Guisas de Ondas. Guías de Onda Circulares La guía de onda circular es por mucho la más común, pero esta es más utilizada para radares y microondas. En guías de onda se utilizan cuando es necesario o ventajoso propagar tanto ondas polarizadas verticales como horizontales en la misma guía de onda.
El comportamiento de las ondas electromagnéticas en la guía de onda circular es el mismo como en la guía de onda rectangular. Pero debido a la diferente geometría, algunos de lo cálculos se realizan diferentes.
La longitud de onda de corte para una guía de onda circular es la siguiente: λ0 = 2π r / kr Donde: λo : longitud de onda del espacio libre r = radio interno de la guía de onda (m) kr = solución de una ecuación de función Bessel La longitud de onda para el modo TE1.1 se reduce a: λ0 = 1.7d Donde: d = diámetro (m) kr = 1.7 La guía de onda circular es más fácil de construir que una guía de onda rectangular y más fácil de unir. Una de las desventajas es que la guía de onda circular tiene un área mucho más grande que una guía de onda rectangular y ambas llevan la misma señal. Guías Rectangulares. El modo principal para éstas es el TE 10, en el cual el campo eléctrico varía senoidalmente visto desde A, y es uniforme respecto a B, como se observa en la figura siguiente (línea contínua). El campo magnético presenta líneas siempre perpendiculares a las líneas de campo E, formando lazos (línea punteada). Su frecuencia de corte se presenta cuando l c = 2A.
lc = 2A
Modo TE10
Guía de onda elíptica
® FLEXWELL
RADIO FREQUENCY SYSTEMS es el creador y diseñador de las líneas de transmisión de costura soldada continua y ® ® coarrugada. FLEXWELL . FLEXWELL es una marca registrada de RFS de la más alta calidad, el mejor rendimiento y es la guía de onda elíptica más fiable en la industria. Los ® diseños de FLEXWELL son constantemente probados con éxito en miles de instalaciones alrededor del mundo. La guía de ® onda FLEXWELL es la elección ideal para sistemas de antenas de microondas y ofrece calidad y fiabilidad de la que usted puede depender. Amplia selección ® Las guías de onda FLEXWELL están disponibles en una amplia selección de bandas de frecuencia dentro de las bandas de microondas de 2Ghz a 40Ghz. Las guías de onda son equivalentes en tamaño a una guía de onda rectangular R22 (WR340) hasta R320 (WR28). ® Se ofrecen tres versiones de guía de onda elíptica FLEXWELL : guía de onda ® FLEXWELL estándar, guía de onda “Premium” de bajo VSWR y guía de onda “Overmoded”. Las guías de onda Premium y estándar solo difieren en los test y ® garantías VSWR alcanzables. La guía de onda FLEXWELL estándar está recomendada para sistemas repetidores de radio de baja y media capacidad, mientras ® el montaje de guía de onda elíptica FLEXWELL está recomendado para sistemas de radio de alta capacidad. Las guías de onda “Overmoded” ofrecen unas características de atenuación excepcionalmente baja comparada con las guías de onda convencionales. La guía de onda opera por encima de la frecuencia de corte u otros modos de orden superior usando sus características de baja atenuación. Los conectores de la guía de onda “Overmoded” incluyen filtros que eliminan la distorsión debido a la conversión de modo.
® La guía de onda elíptica FLEXWELL está construida de tiras de cobre electrolítico puro que usa un proceso especial RFS de soldado, coarrugado y formado en una forma
elíptica aproximada. La guía de onda de cobre es cubierta con una camisa de polietileno negro para protección durante el transporte y la instalación. Una camisa especial retardante del fuego está disponible bajo demanda para las guías de onda ® ® FLEXWELL . El proceso de fabricación de la guía de onda FLEXWELL es continua y por eso puede ser suministrada en grandes longitudes. Máxima fuerza y flexibilidad El diseño coarrugado consigue alta estabilidad transversal, flexibilidad y fuerza de aplastamiento para un superior manipulado y moldeado en la instalación. La fuerza y ® flexibilidad inherentes en las guías de onda FLEXWELL permite montar una longitud continua de guía de onda entre la antena montada en la torre al edificio de equipos, eliminando las discontinuidades con juntas y el uso de curvas y torsiones asociadas con un sistema rígido de guías de onda rectangulares. Menos planificación y reducidos costes de instalación. ® Los sistemas de alimentación de guía de onda elíptica FLEXWELL requieren menos planificación y reducen los costes de instalación cuando se comparan con otros sistemas de alimentación que usan una guía de onda rectangular rígida. La ® guía de onda FLEXWELL está disponible en longitudes cortadas y con los conectores ensamblados de fábrica o en longitudes continuas para terminación en campo. Excelente rendimiento eléctr ico ® La guía de onda FLEXWELL ha fijado un estándar industrial por su excelente rendimiento eléctrico. Cada guía de onda ha sido cuidadosamente diseñada para baja pérdida y bajo VSWR en bandas específicas de frecuencia. Para un rendimiento ® del sistema óptimo no hay sustituto para la guía de onda FLEXWELL . Sistema de alimentación completo de una fuente fiable En adición a las guías de onda, RFS ofrece un rango completo de conectores de guía de onda, accesorios de instalación y sistemas de presurización de alta calidad. Esto significa no molestias, no múltiples envíos y no entregas fuera de secuencia. Con RFS, usted obtiene un sistema total de alimentación de una fuente fiable. ® Conectores de guía de onda FLEXWELL RFS suministra una línea completa de conectores de guía de onda elíptica de rendimiento Premium de alta calidad. Estos conectores proporcionan una baja transición VSWR a un interface de guía de onda rectangular. Los conectores de guía de onda RFS están labrados a máquina con una transición multipaso de sección transversal de
elíptica a rectangular. Esta transición multipaso resulta en un diseño compacto con un rendimiento eléctrico superior. Los conectores están disponibles con bridas interface EIA o IEC. Método de sellad o: RFS ofrece dos tipos de conectores para propósitos de sellado: Sellado Plast 2000: Plast 2000 tiene una muy buena adhesión a las partes metálicas de los conectores y a la guía de onda. El proceso de secado depende de la humedad y temperatura del aire. Bajo condiciones normales, el sellado contra la humedad está completo en un tiempo muy corto. Plast 2000 al ser adquirido por separado es suministrado en tubos de 20ccm y 70ccm. El tubo de 20ccm puede ser insertado directamente dentro del cuerpo del conector. Está recomendada una pistola de inyección cuando la instalación tiene un elevado número de conectores. Estos conectores han sido cuidadosamente diseñados para un excelente rendimiento VSWR sin el uso de tornillos de ajuste. Los números de modelo en estos conectores termina con una letra P para designar el uso de sellado Plast 2000. Los conectores FLEXWELL estándar EIA e IEC.
®
son ofrecidos con interface para bordes de guía de onda
Empalmes de guía de onda Los empalmes de guía de onda elíptica eléctricamente compensados, los cuales no degradan el rendimiento del sistema, están disponibles para reparaciones en campo ó carreras de guía de onda dañadas. La construcción y ensamblaje del empalme de guía de onda es similar al diseño del conector de guía de onda. Accesorios de guía de onda FLEXWELL®
CONJUNTOS DE TIERR A RFS ofrece tres tipos de conjunto de tierra.
Conjunto de tierra preformado, GKIT El conjunto de tierra con tira de cobre preformada facilita la instalación con una tira de cobre preformada que elimina la necesidad de una herramienta de enrollado. Este conjunto ha sido verificado por laboratorios independientes para proteger los cables coaxiales de los defectos dañinos de relámpagos de corriente en exceso de 200kA. Un terminal de tierra de dos agujeros, un terminal de tierra de dos agujeros y 3/ 8” y todo el
hardware de conexión a la barra del bus están también incluidos con la masilla requerida y cinta eléctrica para impermeabilidad. 1/pkg.
Conjunto de tierra estándar (no preformado), GKITST Los conjuntos de tierra son usados para conectar la guía de onda a la construcción de acero de la torre. Las partes de contacto están hechas de cobre sólido para garantizar una alta conducción de la corriente. El conjunto de conexión a tierra incluye ya una tira de cobre para una instalación simple. La hermeticidad de la instalación es asegurada. Los conjuntos están disponibles para guía de onda desde E20 hasta E380. Conjunto de conexión a tierra de alta velocidad, GKITHS Para guías de onda E185 y E038 los conjuntos de conexión a tierra de alta velocidad están también disponibles. El conjunto de conexión a tierra de alta velocidad está preensamblado. El cuerpo del conector de tierra es de acero inoxidable y vulcanizado con goma etileno-propileno. La superficie de contacto es una malla de cobre estañado. El cable estándar de conexión a tierra está pre ensamblado con tornillos de acero inoxidable. Unas arandelas de seguridad previenen la pérdida de los tornillos. Un detalle simple pero de gran ayuda, especialmente cuando se monta el conjunto de conexión a tierra en lo alto de una torre.
Conjunto de conexión a tierra estándar.
Conjunto de conexión a tierra de alta velocidad.
Guía de Onda Acanalada. Este tipo de guías permite la operación a frecuencias más bajas para un tamaño determinado. Sin embargo, las guías de onda acanaladas son más costosas de fabricar
que la guía de onda rectangular estándar. Una guía de onda acanalada tiene más pérdida por unidad de longitud que la guía de onda rectangular. Por este motivo y el alto costo es que este tipo de guía se limita a utilizarse sólo en aplicaciones especializadas. Guías de Onda Flexibles. Las guías de onda flexibles consisten de listones envueltos en espiral de latón o cobre. La parte exterior está cubierta con una capa suave dieléctrica por lo general conformada de hule, para mantener la guía de onda hermética contra agua y aire. Pequeños pedazos de guía de onda flexible se utilizan en los sistemas de microondas cuando varios transmisores y receptores están interconectados a una unidad compleja para combinar o separar. La guía de onda flexible también se utiliza extensamente en equipo para pruebas de microondas.
Imágenes de Guía de Ondas.
Guía de onda rectangular.
Guía de onda flexible.
Guía de onda elíptica.
Guía de onda en forma de codo a 90°
Guía de onda torcida.
Guía de onda circular.
Condiciones ambientales: Dentro de los parámetros medio ambientales, como son temperatura de trabajo y niveles de hermeticidad, vamos a dar una ligera idea de la normativa de protección IP, que define el tipo de acabado de la caja que contiene el acoplador. La normativa IP, es un estándar de clasificación de los grados de protección de los envolventes, cajas, etc. De los materiales eléctricos y electrónicos, respecto a la protección el los siguientes casos:
-De las personas, al acceso de envolvente.
partes peligrosas situadas en el interior de la
- De la protección de los materiales situados en el interior de la envolvente, de cualquier cuerpo solidó que del exterior. - De la protección de los materiales situados en el interior de la envolvente, de los efectos creados por la penetración de agua o líquidos en general.
Imágenes.
Acopladores
PRACTICAS CON GUÍAS DE ONDAS Mediciones básicas en una guía de ondas rectangular. En esta práctica se tomara contacto con un sistema de transmisión de señales electromagnéticas conocido como guía de ondas rectangular. En particular, verificara la existencia de un patrón de onda estacionaria existente en el interior del sistema guiado y medirá la ROE característica de este patrón. Comparando los patrones de onda estacionaria de una carga a medir y de un cortocircuito, se deducirá el valor del coeficiente de reflexión completo que introduce dicha carga.
Usando una cavidad resonante calibrada, se determinara la frecuencia de operación del generador utilizando y a partir de la distancia entre mínimos en el patrón de onda estacionaria, determinara la longitud de onda en la guía. Finalmente, a partir de estos datos, determinar la frecuencia de corte del modo que se propaga en la guía y la comparar con la teoría que se obtiene a partir de las dimensiones de la misma. Fundamento teórico. Las guías de ondas metálicas son, esencialmente, tubos conductores huecos por cuyo interior se pueden propagar determinadas configuraciones de campos electromagnéticos denominados “modos de propagación”. La geometría y las dimensiones de la sección transversal de la guía determinan las características de los modos que se pueden propagar las mismas. En general, a una frecuencia dada, una determinada geometría puede soportar un numero finito de modos que se propagan a lo largo de la guía y un número infinito, pero numerable, de modos que no se propagan. MATERIALES
Fuente de alimentación. Diodo gunn montado en cavidad resonante acoplada por iris de banda ancha. Atenuador fijo de 6 dB. Sección de línea ranurada. Cortocircuito fijo y carga adaptada. Osciloscopio de rayos catódicos. Ondametro de cavidad cilíndrica.
