domingo, 27 de mayo de 2018

Transmisión y Recepción de Ondas (Visita Tv)

TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Las ondas de radio, llamadas también ondas hertzianas en honor a su descubridor, Enrique Hertz, son ondas electromagnéticas, es decir ondas que tienen una componente eléctrica y una componente magnética.

Tanto las ondas eléctricas como las magnéticas son semejantes a aquellas ondas que se forman cuando fijamos uno de los extremos de una cuerda, y el otro extremo lo movemos hacia arriba y hacia abajo, dando por resultado que las diferentes partes de la cuerda también tengan ese movimiento vibratorio de una manera secuencial, lo que da como resultado que la onda se aleje, desde el punto de producción, a lo largo de la cuerda.

De manera semejante se generan las ondas electromagnéticas, pero éstas por medio de movimiento vibratorio de cargas eléctricas.

En la antena de la estación de radio se hacen oscilar las cargas eléctricas (por medio de un voltaje alterno), por lo que éstas sufrirán aceleraciones, dado que para invertir su movimiento deben frenarse y después acelerarse  Esta aceleración (y también la des-aceleración  es lo que hace que se genere le campo magnético; y la variación de la carga, desde un valor cero (cuando se neutralizan las cargas positivas y negativas) hasta un valor máximo, genera el campo eléctrico oscilante. 

Los campos eléctrico y magnético deben entenderse como se entiende el campo gravitacional. El campo gravitacional e un cuerpo, la tierra por ejemplo, se manifiesta sobe cualquier otro cuerpo, que se encuentre en su vecindad, por medio de una fuerza de atracción, mientras que el campo eléctrico y el magnético se manifiestan como fuerzas de atracción y repulsión: cargas del mismo signo se repelen y de signos contrarios, se atraen; así como polos del mismo nombre se repelen y polos de nombres diferente se atraen.

De esa manera los campos eléctrico y magnético oscilantes formarán las ondas electromagnéticas. Estos campos son perpendiculares entre si: el campo eléctrico oscila en un plano vertical, por ejemplo, formando así una onda que sube y baja en ese plano; el campo magnético oscilará en un plano horizontal.

   



RADIO-RECEPCIÓN

Una vez que las ondas de radio han sido generadas y emitidas, éstas se difundirán en toda el área de influencia de la estación de radio cuya extensión depende de la potencia del equipo de transmisión.
La parte eléctrica de la onda electromagnética, que supusimos oscila verticalmente, hacia arriba y hacia abajo, alcanzará la antena de un radioreceptor, por ejemplo la antena de un automóvil; donde inducirá a que las cargas eléctricas se separen, las de un signo en la parte superior y las de otro en la parte inferior.

Esta separación de cargas, producirá una carga en uno de los componentes del circuito del radio (un capacitor), que cuando se invierten los signos de las cargas en la antena se descargará, y se volverá a cargar al regresar la situación inicial.

El signo de las cargas en la antena cambia porque al llegar la onda a ella, lo hace alternadamente, es decir, primero la parte de arriba de la onda, induciendo una carga positiva en la parte de arriba de la antena, y después al llegar la parte de abajo de la onda, inducirá la carga positiva en la parte inferior de la antena, y así sucesivamente.

En este punto, si se ajusta el valor del capacitor (girando la perilla de sintonía del radio), de modo que la frecuencia natural del circuito del radio sea igual a la del circuito oscilador del transmisor, estaremos sintonizando una estación, de las muchas que hay en el cuadrante del radio. 
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En esta forma de recepción, se utiliza solamente la parte eléctrica de la onda electromagnética, sin embargo, también puede utilizarse la componente magnética de dicha onda. Así es como trabajan las radios portátiles.

Para este tipo de recepción, se utiliza una antena circular, que normalmente es un alambre conductor enredado en una barra de material ferromagnético.

Igual que en el caso anterior, al llegar a la antena el campo oscilante inducirá la separación de cargas con lo que se cargará  descargará un capacitor, a partir del cual si se ajusta su valor, se pueden igualar las frecuencias del transmisor y del receptor y de esta manera escuchar una estación en particular.

Este tipo de antena tiene la desventaja de que si la onda no llega en la dirección adecuada, la recepción es deficiente, pero se puede mejorar girando el radio. 


¿CÓMO SE TRANSMITE Y SE RECIBE UNA SEÑAL DE TV?

Las estaciones locales de televisión digital a través de transmiten programación por aire. las señales de radio digitales Las señales son transmitidas de una de las torres de transmisión de la estación y recibidas por la antena digitales relee La antena la señal para decodificar junto con el cable coaxial de la caja del receptor para la televisión digital (TVD), o directamente a tu televisor , si el tuyo tiene un convertidor de TV digital.




Por aire (antena).

Las estaciones locales de televisión digital a través de transmiten programación por aire. las señales de radio digitales Las señales son transmitidas de una de las torres de transmisión de la estación y recibidas por la antena digitales relee La antena la señal para decodificar junto con el cable coaxial de la caja del receptor para la televisión digital (TVD), o directamente a tu televisor , si el tuyo tiene un convertidor de TV digital.

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Satélite

Las emisoras de programación de TV vía satélite atraen la señal desde satélites orbitando la Tierra a una altura de cerca de 22.300 millas (35.888 km). Estos satélites de geoestacionarios orbitan la tierra alrededor de 0 grados de latitud, por lo que sus órbitas parece estacionaria de la tierra y también hacen posible que las antenas parabólicas se bloqueen a un satélite. El satélite se ajusta y se bloquea en el satélite para recibir la que es C, Ku y banda Ka de radio , que más tarde se convierten en audio y video por el interior del receptor.


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Cable

Los organismos de radiodifusión en todo el país suben su programación a los satélites que orbitan la tierra, y la compilación de los canales se transmite hasta una antena parabólica de la compañía de cable. Entonces, la empresa emite la compilación, en combinación con los canales locales , en un formato digital comprimido a los hogares de los suscriptores a través de cientos de kilómetros de cable de fibra óptica y coaxial.


Problemas Fibra Optica

Problemas Fibra Optica

Enunciado 1. Un enlace de fibra óptica de 15Km utiliza tramos de fibra con atenuación de 1:5 dBM 1
.
Los tramos de fibra tienen una longitud de 1Km y están unidos mediante conectores con atenuación de 0:8 dB cada uno. ¿Qué mínima potencia óptica deberemos inyectar en la fibra para tener un nivel medio de 0:3 MW en el detector de salida?


Solución En este caso tenemos la atenuación debida a dos fenómenos. 

-la fibra    -los conectores


La atenuación total se calculará como el producto de las atenuaciones en valor absoluto o bien la suma si estas se presentan en decibelios, por tanto vamos a calcular ambas atenuaciones por separado y en dB’s y después las sumaremos

-fibra

Atenuación = 1:5 dBM 1 . 15Km = 22:5dB

-conectores

Utilizaremos un total de 14 conectores para unir los 15 tramos de fibra, por tanto la atenuación debida a estos será:

Atenuación = 14 . 0:8 dB = 11:2dB

La atenuación total será la suma de ambas cantidades, es decir, 33:7dB, si queremos que la potencia a la salida sea de 0:3 W a la entrada deberá ser:

Pi = Po 10 .33:7dB 10 = 0:3 W 2344 = 703

Enunciado 2. Un enlace de fibra óptica de 15 km de longitud utiliza una fibra óptica cuya atenuación es de 1,5 db/km. Los tramos de fibra óptica que se conectan entre sí tienen una longitud de 1 km. Siendo las pérdidas del conector 0,8 dbm y la de los empalmes 0,3 dbm. Determinar el valor mínimo de la potencia óptica media de entrada que se debe entregar al enlace de manera que la potencia óptica media a su salida sea de 0,3 μW.

Solución:

La potencia P1 (en dbm) que se debe entregar en la entrada tiene que ser por lo menos la potencia que me piden a la salida P2 (en dbm) más los dbm que se atenúan debido a transmitir esa potencia por la fibra óptica.
P1 (dbm) – P2 (dbm) = Atenuación total
Pasamos la potencia P2 a dbm P2 (dbm) = 10 log (0,3 μW /1mW)      ==>      P2 = -35,23..dbm
La atenuación en la fibra óptica es la suma de las atenuaciones debidas a sus distintas componentes, entonces:
Atenuación total = Ate(conectores) + Ate(empalmes) + Ate(longitud fibra)
Hay 2 conectores que atenúan 0,8 dbm cada uno. Hay empalmes cada 1 km y la fibra óptica tiene una longitud de 15 km, por lo cual hay 14 empalmes y atenúan 0,3 dbm cada uno. La longitud de la fibra es 15 km y atenúa 1,5 dmb cada kilómetro, entonces
Atenuación total = 2*0,8 dbm + 14*0,3 dbm + 15 km * 1,5 dbm/km
Atenuación total = 38,13 dbm
Despejando P1
P1 (dbm) – (-35,23..dbm) = 38,13 dbm
P1 = 2,9012.. dbm
Pasando a mW (no lo pide, así que este paso es opcional)
2,9012… dbm = 10 log ( P1(mW) /1mW )
P1 = 1,95.. mW

sábado, 26 de mayo de 2018

Ondas Guiadas-Guias de Onda.

GUÍAS DE ONDA

Una guía de onda es un tubo conductor a través del cual se transmite la energía en la forma de ondas electromagnéticas. El tubo actúa como un contenedor que confina las ondas en un espacio cerrado. El efecto de [Faraday] atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía.

PROPAGACIÓN

Los campos electromagnéticos son propagados a través de la guía de onda por medio de reflexiones en sus paredes internas, que son consideradas perfectamente conductoras. La intensidad de los campos es máxima en el centro a lo largo de la dimensión X, y debe disminuir a cero al llegar a las paredes, porque la existencia de cualquier campo paralelo a las mismas en su superficie causaría una corriente infinita en un conductor perfecto. Las guías de ondas, por supuesto, no pueden transportar la RF de esta forma. En la siguiente figura pueden verse las dimensiones X, Y, y Z de una guía de ondas rectangular

FORMAS Y DIMENSIONES

Hay un infinito número de formas en las cuales los campos eléctricos y magnéticos pueden organizarse en una guía de onda a frecuencias por encima de la frecuencia de corte. Cada una de esas configuraciones del campo se denomina modo. Los modos pueden separarse en dos grupos generales. Uno de ellos es el Transversal Magnético (TM por su sigla en inglés), donde el campo magnético es siempre transversal a la dirección de propagación, pero existe un componente del campo eléctrico en la dirección de propagación. El otro es el Transversal Eléctrico (TE por su sigla en inglés), en el que el campo eléctrico es siempre transversal, pero existe un componente del campo magnético en la dirección de propagación. El modo de propagación se identifica por dos letras seguidas por dos subíndices numéricos. Por ejemplo el TE, TM , etc. El número de modos 10 11 posibles se incrementa con la frecuencia para un tamaño dado de guía, y existe un modo, llamado modo dominante, que es el único que se puede transmitir a la frecuencia más baja que soporta la guía de onda. En una guía rectangular, la dimensión crítica es la X. Esta dimensión debe ser mayor que 0.5  ? a la frecuencia más baja que va a ser transmitida. En la práctica, generalmente la dimensión Y es igual a 0.5 X para evitar la posibilidad de que se opere en otro modo que no sea el modo dominante. Se pueden utilizar otras formas además de la rectangular, la más importante es la de tubo circular. Para éste se aplican las mismas consideraciones que para el rectangular. La dimensión de la longitud de onda para las guías rectangulares y circulares se presentan en la siguiente tabla, donde X es el ancho de la guía rectangular y r es el radio de la guía circular. Todos los valores se refieren al modo dominante.

LA GUIA DE ONDAS COMO ANTENAS

Si una guía de onda se deja abierta en uno de sus lados, puede radiar energía (es decir, puede ser usada como una antena en lugar de línea de transmisión). Esta radiación puede ser aumentada acampanando la guía de onda para formar una antena de bocina piramidal (horn). En esta tabla se contrastan los tamaños de varios tipos de líneas de transmisión. Trate de elegir el mejor cable de acuerdo con sus posibilidades, de forma de tener la menor atenuación posible a la frecuencia que vaya a utilizar para su enlace inalámbrico.


TIPOS DE GUIA 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.

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.

Resultado de imagen para ondas guiadas


Problemas 2.21-2.35

Ejercicio 2.21





Ejercicio 2.22


Ejercicio 2.23


Ejercicio 2.24



Ejercicio 2.25


Ejercicio 2.26


Ejercicio 2.27




Ejercicio 2.28




Ejercicio 2.29


Ejercicio 2.30


Ejercicio 2.31


Ejercicio 2.32


Ejercicio 2.33



Ejercicio 2.34



Ejercicio 2.35







miércoles, 23 de mayo de 2018

Fibra Optica

FIBRA ÓPTICA


La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX.
El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:
  • La fuente de luz: LED o láser.
  • el medio transmisor : fibra óptica.
  • el detector de luz: fotodiodo.
Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto,recubrimiento, tensores y chaqueta.
Las fibras ópticas se pueden utilizar con LAN, así como para transmisión de largo alcance, aunque derivar en ella es más complicado que conectarse a una Ethernet. La interfaz en cada computadora pasa la corriente de pulsos de luz hacia el siguiente enlace y también sirve como unión T para que la computadora pueda enviar y recibir mensajes.
Convencionalmente, un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0. El detector genera un pulso eléctrico cuando la luz incide en él. Éste sistema de transmisión tendría fugas de luz y sería inútil en la práctica excepto por un principio interesante de la física. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, el rayo se refracta (se dobla) entre las fronteras de los medios.
El grado de refracción depende de las propiedades de los dos medios (en particular, de sus índices de refracción). Para ángulos de incidencia por encima de cierto valor crítico, la luz se refracta de regreso; ninguna función escapa hacia el otro medio, de esta forma el rayo queda atrapado dentro de la fibra y se puede propagar por muchos kilómetros virtualmente sin pérdidas. En la siguiente animación puede verse la secuencia de transmisión.





APLICACIONES

Comunicaciones con fibra óptica
La fibra óptica se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio y algunas veces de los dos tipos. Por la baja atenuación que tienen, las fibras de vidrio son utilizadas en medios interurbanos.

Sensores de fibra óptica
Generalmente, se hace una distinción básica entre sensores intrínsecos y sensores extrínsecos. En el sensor intrínseco, la fibra en sí misma es el elemento sensorio. En el caso del sensor extrínseco, la fibra se utiliza para transferir las señales de un sensor remoto a un sistema electrónico que procesa las señales.

Las fibras ópticas se pueden utilizar como sensores para medir: deformación, temperatura, presión, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones y otros parámetros. Su tamaño pequeño y el hecho de que por ellas no circula corriente eléctrica les dan ciertas ventajas respecto a los sensores eléctricos.

Las fibras ópticas se utilizan como hidrófono para los sismos o aplicaciones de sonar. Se han desarrollado sistemas hidrofónicos con más de 1000 sensores usando la fibra óptica. Los hidrófonos son usados por la industria de petróleo así como las marinas de guerra de algunos países. La compañía alemana Sennheiser desarrolló un micrófono que trabaja con láser y fibras ópticas.

Se han desarrollado sensores de fibra óptica para la temperatura y presión de pozos petrolíferos. Estos sensores pueden trabajar a mayores temperaturas que los sensores de semiconductores.

Otro uso de la fibra óptica como sensor es el giróscopo de fibra óptica que usan numerosas aeronaves y el uso en microsensores del hidrógeno.

Los sistemas sensores fotónicos por fibra óptica tienen o pueden tener cuatro partes fundamentales:

-El sensor o transductor.
-El interrogador, que emite y recibe la señal óptica.
-El cable óptico.
-Acopladores, multiplexores, amplificadores o conmutadores ópticos (opcional).

Iluminación

Otro uso que se le da a la fibra óptica es la iluminación de cualquier espacio. En los últimos años las fibras ópticas han empezado a ser muy utilizadas debido a las ventajas que este tipo de iluminación representa:

*Ausencia de electricidad y calor: Esto se debe a que la fibra sólo tiene la capacidad de transmitir los haces de luz, además de que la lámpara que ilumina la fibra no está en contacto directo con la misma.

*Se puede cambiar el color de la iluminación sin necesidad de cambiar la lámpara: Esto se debe a que la fibra puede transportar el haz de luz de cualquier color sin importar el color de la fibra.

*Por medio de fibras, con una sola lámpara se puede hacer una iluminación más amplia: Esto es debido a que con una lámpara se puede iluminar varias fibras y colocarlas en diferentes lugares.



Problemas 2.7-2.20

Ejercicio 2.7

Se desea estimar los valores de impedancia característica y la constante de propagación para un cable de 1.2 kilómetros de longitud , A una frecuencia  de un 1khz. con tal fin se efectuaron mediciones de la impedancia de entrada terminando al cable en circuito abierto y después en circuito cerrado .Las lecturas obtenidas fueron respectivamente -j100 Ω  y 50Ω .¿Cuanto valen aproximadamente Z y ϒ?.





Ejercicio 2.8
Un cable telefónico de 15 metros de longitud fue sometido a pruebas  de medición con terminación en corto circuito  y circuito abierto a una frecuencia de 3KHz.
Los valores obtenidos para la impedancia de entrada son:

Calcule a partir de los datos
a) La impedancia característica
b) La constante de propagación
c) Los cuatro parámetros  R, L G y  C de la linea a la frecuencia en que se hicieron las mediciones




Ejercicio 2.9

Se tiene una línea sin pérdidas de longitud 0.2 a cierta frecuencia de trabajo y esta terminada en corto circuito. Sus parametros L y C son, respectivamente, 0.2 M h/m y 35 p F/m. Calcule su impedancia de entrada.

Ejercicio 2.10

Encuentre la longitud necesaria (en metros) de una linea terminada en circuito abierto para que a 600 MHz presente a la entrada de una resistencia capacitiva de -j20. considere E, =1 y los mismos parametros  L y C del ejercicio anterior.






Ejercicio 2.11

Un cable coaxial con impedancia característica de 100 y aire como dieléctrico en su interior tiene conectada una carga de 80 + j50. Obtenga el coeficiente de reflexión en donde está la carga y a 25 cm medidos desde la carga hasta el generador. Calcule también el valor del VSWR y las posiciones del primer mínimo y del primero y segundo máximos de voltaje. desde la carga hacia el generador; indique estas distancias en centímetros. Considere que la frecuencia de operación es de 300 MHz






Ejercicio 2.12

Una línea de transmisión con Z0= 100 está determinada en una carga con ZL=120+j80. Encuentre el coeficiente de reflexión de voltaje a lo largo de la línea en los puntos mostrados en la fig sig.



Ejercicio 2.13

Determine el valor del VSWR que tendría una linea cualquiera, sin pérdidas, cuando al final se tuviese: a) una carga con impedancia igual a la característica, b) cortocircuito y c) en corto abierto.



Ejercicio 2.14

Grafique la forma de las ondas estacionarias de voltaje y corriente para una línea cualquiera sin pérdidas, cuando esta termina en: a) una resistencia pura mayor que Z0, b) una resistencia pura menos que Z0, c) un circuito cerrado y, d) circuito abierto.






Ejercicio 2.15







Ejercicio 2.16

Una linea sin perdidas con Z0= 100 mide 1.3 a cierta frecuencia de trabajo. Al final se conecta una carga de 80+j40. Si se sabe que el voltaje en la carga es de <-50° V, ¿Cuánto vale el voltaje al principio de la linea?




Ejercicio 2.17






Ejercicio 2.18

Una línea sin pérdidas con impedancia característica Z0=50 mide una longitud 2.2 longitudes de onda acierta frecuencia de trabajo. Al final está conectada una carga ZL=100+j50. Use la carta de smith para encontrar: a9 impedancia de entrada de la línea, b) el coeficiente de reflexión de voltajes, c9 la impedancia vista desde el centro de la línea, y d) el coeficiente de reflexión de voltajes.




Ejercicio 2.19

Empleando la carta de smith, encuentre la longitud mínima en metros que debe tener una linea terminada en circuito abierto para que a la entrada presente una impedancia de j30, si Z0=100. Considere que la E, del dieléctrico en la linea vale 2.5 y que la frecuencia de trabajo es de 300 MHz.



Ejercicio 2.20

Una línea sin pérdidas con Z0= 75 termina  en cortocircuito. La línea mide 1.8 a cierta frecuencia de trabajo. Use la carta de smith y encuentre a) la impedancia de entrada, b) la posición del primer máximo de voltaje más cercano al generador, c) el VSWR de la línea.