medicion de ondas electromagneticas

buenas este post trata de un informe que tube que hacer el año pasado para terminar una materia de la secundaria. En sintesis el informe trata de dar una nocion general sobre medición de ondas electromagneticas. Primero nos da una introduccion aclarando cuales son los parametros se pueden analizar de las mismas y luego da una breve información de como se miden estos parametros.


Medición de ondas electromagneticas

medicion de ondas electromagneticas


INTRODUCCION EN LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS


Las ondas electromagnéticas son producto de la interacción de los campos eléctrico y magnético
Se reconoce a una onda electromagnética por su frecuencia y su longitud de onda, siendo ambas inversamente proporcionales entre sí. Estas se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Se propaga en el Vacío o Espacio.

Parámetros presentes en la onda electromagnética:

Amplitud: es el desplazamiento máximo desde la posición de equilibrio.
Canal: Medio por el cual se transmite la información.
Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una señal, tal como potencia, voltaje.
Frecuencia: Representa el número de ciclos completos por unidad de tiempo de una señal eléctrica.Hert (Hz)
Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una señal eléctrica o evento.
Señal: Cualquier evento que lleve implícita cierta información.
Transductor: Dispositivo que convierte algún tipo de energía en una señal eléctrica.
Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de una señal eléctrica.
Atenuación: disminución gradual de la amplitud de una señal, pérdida o reducción de amplitud de una señal al pasar a través de un circuito o canal, debida a resistencias, fugas, etc.
Ruido: Toda energía eléctrica que contamina la señal deseada (ruido térmico, ruido eléctrico, interferencia, distorsión, etc.).
Interferencia: Es cualquier perturbación en la recepción de una señal en forma natural o artificial (hecha por el hombre) causada por señales indeseables.
Relación señal a ruido: Relación de la potencia de la señal deseada a la potencia de ruido en un punto específico y para unas condiciones específicas en un punto dado.
Espectro Electromagnético: es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como las de radio, hasta los que tienen menor longitud como la gamma.

VLF 10 Khz - 30 Khz Radio Gran Alcance
LF 30 Khz - 300Khz Radio Navegación
MF 300 Khz - 3 Mhz Radio Onda Media
HF 3 Mhz - 30 Mhz --Radio Onda Corta
VHF 30 Mhz - 300 Mhz--> TV, Radio
UHF 300Mhz - 3Ghz ---> TV, Radar
SHF 3Ghz - 30 Ghz ---> Radar
EHF 30 Ghz - 300 Ghz --> Radar
Las ondas electromagnéticas se componen simultáneamente como su nombre lo indica, de un campo eléctrico y un campo magnético.
electronica

La intensidad de los campos alrededor de una fuente de radiación depende estrechamente de la potencia radiada y de la distancia a la fuente. De acuerdo con las propiedades dieléctricas de los objetos, la energía de la onda es reflejada, refractada, difractada, dispersada y absorbida por tales objetos. Por su velocidad de cambio o frecuencia, las ondas pueden clasificarse dentro de un espectro electromagnético que va desde frecuencias extremadamente bajas, donde están los sistemas eléctricos, hasta las muy altas correspondientes a la radiación cósmica y los rayos gama.
Parámetros de las ondas electromagnéticas



Las ondas electromagnéticas son transversales. Su campo eléctrico es perpendicular al magnético, y E x B señala siempre en el sentido de propagación.
El campo eléctrico de una onda que se propaga en el sentido positivo del eje Z, con el campo eléctrico oscilando en la dirección Y viene dado por:
E=E0sen(z/λ)



La velocidad de la luz en el vacío vale c=300 000 Km/s
La velocidad en el medio material es:
v=C/()^½=C/n



A la constante n= ()^½ se le denomina índice de refracción del medio.
La relación entre ω y λ en un medio material viene dada por:
λ=(c/n)T=2π/


La radiación electromagnética esta formada por fotones, cuya energía es igual a:
E=hv


h se denomina constante de Planck, y vale 6.63 . j
La energía total de una determinada radiación es igual al número de fotones que contiene, N, por la energía de cada uno de ellos.
E=N hv

La intensidad o cantidad de energía por unidad de área y unidad de tiempo que transmite una onda electromagnética son igual:

S=½(oE²o)

La potencia de una onda electromagnética es igual a la intensidad por el área de la sección, transversal a la onda.
MEDICION DEL DIAGRAMA DE RADIACION

En la actualidad las pruebas respecto al diagrama de radiación se realizan en sofisticadas “cámaras anecoicas de pruebas RF”. Sin embargo, generalmente estas no están al alcance de los “mortales comunes”. Por cuanto se recurre a otras formas más experimentales y menos precisas que nos pueden proporcionar una visión bastante buena respecto a como trabaja tal o cual antena. Para ello se requiere algunos equipos básicos como: un generador de señales u oscilador, un analizador de espectros, una antena de referencia y algunos cables coaxiales.
El procedimiento es sencillo pero requiere de paciencia, dependiendo sobre todo de la precisión que requiramos en los datos. Para iniciar, en lo posible se debe cerciorarse de que no exista interferencia, sobre todo si es variable, en el lugar que vamos a realizar las mediciones con respecto a la frecuencia en la cual trabaja la antena a medir. Para antenas que trabajen en frecuencias altas también debe tenerse un sutil cuidado con los acoples de impedancia puesto que a dichas frecuencias la influencia de factores como el tipo de conectores o cables utilizados se maximiza.
Dada esta aclaración inicial, como primer paso se procede a armar el sistema de medición. Este varia levemente de acuerdo a si la antena a medir es para transmisión o recepción. Bueno pero la idea básica es (para tx) colocar el generador de señales conectado a la antena a probar en un extremo(fig 1) y la antena de referencia conectada al analizador de espectros en el otro(fig 2). Desde el generador de señales se envía una portadora en la frecuencia central de la antena de prueba. También es importante contar con un soporte en lo posible graduado para colocar la antena a medir y poder luego ir cambiando la orientación de la misma. Generalmente los trípodes para fotógrafos profesionales cumplen esta función de buena manera.(fig 3)
ondas
Figura 1
medicion
Figura 2
http://static.flickr.com/3166/2784915144_6a158a49dd_m.jpg
Figura 3
Luego se procede a medir la señal radiada con el analizador de espectros en los planos E y H. Para lo cual generalmente primero se localiza el punto de mayor radiación y se realizan algunas pruebas sencillas respecto a la polarización. Luego se procede a medir el campo E variando el ángulo, puede ser con espaciamientos de 15°. El variar en menor o mayor ángulo nos permitirá obtener un diagrama más o menos detallado pero a su vez para un ángulo pequeño aumenta sobre manera el número de mediciones.
A continuación se sigue con el plano H, del cual se aconseja sacar unas 4 mediciones para ángulos separados entre 45 y 30 grados.
Si se trabaja a altas frecuencias se debe tener cuidado de no afectar las mediciones al moverse en las inmediaciones de antena mientras se mide.
Como punto final, los datos se deben agrupar en una tabla y graficar en un plano polar (generalmente) respecto al valor mayor.
Un procedimiento típico para obtener el diagrama direccional consiste en radiar cierta potencia con la antena en ensayo y observar la intensidad de campo relativa producida en los diversos rumbos mediante un medidor de intensidad de campo que pueda moverse con respecto a la antena transmisora de ensayo. Una variante es montar el instrumento fijo y variar la orientación de la antena. También puede utilizarse una antena en condición de receptora excitada por la onda generada por una pequeña antena transmisora. Los diagramas direccionales obtenidos en los dos casos van a ser iguales siempre que las ondas tengan la misma polarizacion.
La distancia a la cual podemos hacer la medición del diagrama direccional, entre la antena receptora y la transmisora debe haber una cierta distancia entre ellas. Para lo cuales a una distancia menor aparecen efectos secundarios que impiden que los resultados experimentales sean representativos de lo que ocurre a grandes distancias.
La mínima distancia admisible entre las dos antenas que intervienen en la medición debe ser tal que el campo de inducción resulte despreciable, en el lugar de medición, en comparación con el de radiación.
COMO MEDIR LO BUENA QUE ES LA ANTENA


Tres” términos” puede medir lo buena que es una antena comparada al funcionamiento requerido:
ROE = Relación de Onda Estacionaria
G = Ganancia
BW = Ancho de banda

Medición de ROE
Relación de Ondas Estacionarias
La ROE normalmente se mide insertando un dispositivo en el cable de alimentación de la antena. Se mide la cantidad de potencia reflejada comparada a la potencia radiada de la antena.
Este dispositivo se denomina acoplador direccional.
Acopladores direccionales
Los acopladores direccionales o medidores de ROE para frecuencia inferiores a 150 MHz son relativamente baratos y bastante precisos.
Los medidores precisos para frecuencias por encima de los 400 son caros.
Un instrumento universal conocido mundialmente es el watímetro BIRD.
electromagneticas

Medidor de intensidad


Radiación electromagnética
El medidor se usa para indicar los campos de radiación electromagnética. En cualquier momento que haya un voltaje o una corriente, se generan campos
eléctricos (E) y magnéticos (H). Los ejemplos incluyen los campos
electromagnéticos de radiodifusión y transmisión de TV.
Intensidad de campo eléctrico
Esta es una cantidad del vector de campo que representa la fuerza (F) en una
unidad infinitesimal de carga positiva de prueba (q) en un punto dividido por esa
carga. La intensidad de campo eléctrico se expresa en unidades de voltios por
metro (V/m).
Use las unidades de intensidad de campo eléctrico para medidas en las
siguientes situaciones:
• En el área de campo cercano de la fuente.
• Donde la naturaleza del campo electromagnético es desconocida.
Intensidad de campo magnético (H) :
Este es es el vector de campo que es igual a la densidad del flujo magnético
dividido por la permeabilidad del medio. La intensidad de campo magnético se
expresa en unidades de amperios por metro (A/m).
Densidad de potencia (S):
Potencia por unidad de área en la dirección de propagación, usualmente
expresada en unidades de vatios por metro cuadrado (W/m2) o, por
conveniencia, unidades tales como milivatios por centímetro cuadrado
(mW/cm2).
La característica de los campos electromagnéticos:
Los campos electromagnéticos se propagan como ondas y viajan a la velocidad
de la luz (c). La longitud de onda es proporcional a la frecuencia.
λ(longitud de onda) =
f (frecuencia)
c (velocidad de la luz)
El campo cercano es supuesto si la distancia a la fuente del campo es menor a
tres longitudes de onda. Para campos lejanos es más de tres longitudes de
onda. En el campo cercano, el índice de intensidad de campo eléctrico (E) y la
intensidad de campo magnético (H) no son constantes, así que mida cada uno
por separado. Sin embargo, en campo lejano, es suficiente medir una cantidad
de campo y calcular la otra a partir de la primera.



Método de medición: Medición triaxial digital.
Característica direccional: isotrópica, triaxial.
Selección de la escala de medición: Una escala continúa.
Resolución de pantalla: 0.1mV/m, 0.1μA/m, 0.001μW/m2, 0.001μW/cm2
Tiempo de ajuste: Típicamente 1 s (0 a 90% del valor medido).
Unidades: mV/m, V/m, μA/m, mA/m, μW/m2, mW/m2 W/m2, μW/cm2, mW/cm2
Valor indicado: Valor medido instantáneo, valor máximo, o valor promedio máximo.
ANALIZADOR DE ESPECTRO:


Como en los analizadores de ondas, el analizador de espectro de radiofrecuencia se basa en el principio de explorar la gama de frecuencia del caso por medio de un voltímetro, o un receptor, altamente selectivo.
La técnica del analizador de espectro es solo aplicable cuando las diversas componentes de frecuencias contenidas en la onda que se investiga caen dentro de una banda de frecuencias relativamente estrecha. En los otros casos se utiliza un analizador de onda diferente. El proceso experimental es el siguiente: se buscan las componentes de frecuencia presentes en la onda que se investiga sintonizando el receptor sobre la frecuencia correspondiente y observando las frecuencias en que aparece a la salida.








BIBLIOGRAFIA

• Mediciones electrónicas. Terman y Pettit. Editorial Arbo.
• Mediciones electrónicas.McGraw Hill electrical and electronic engineering series.
• http://noionizante.com.ar/explica/rni1.htm
• http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642007000300006&script=sci_arttext
• http://www.cenam.mx/dme/ENME09/archivos/ME09.pdf
• http://www.microlease.com/Static/Catalogue/Datasheets/Narda_EMR300.pdf
• http://www.inti.gov.ar/electronicaeinformatica/ce/pdf/Res.RNIv1-5.pdf
• http://www.procom.dk/esl/Page_menu/Procomlab/Terminos_de_antenas/Como_medir_lo_buena_que_es_una_antena_Medicion_de_ROE

• http://fralbe.wordpress.com/2008/08/21/medir-diagrama-de-radiacion-de-una-antena-ganancia/
• http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~lie/TP/TP_Parametro%20de%20Antenas.pdf
• http://bohr.inf.um.es/miembros/moo/p-oel.pdf

• http://www.wikiteka.com/apuntes/ondas-electromagneticas/

• www.extech.com


bueno esto es todo espero que a alguien le sirva..y disculpen por la desproligidad y las formulas, no me familiarizo mucho todavia con la pagina . Gracias y saludos!

11 comentarios - medicion de ondas electromagneticas

@camiplop +2
Gracias por la información amigo. Me ayudaste muchísimo.
@stratosphere1 +1
+10 Por seguir a "karbander" jaja
@Dame50Puntos +1
+10 Por seguir a "karbander" jaja
@soyuncowboynena +1
+10 Buscaba esta info. Esta muy bien explicado.
@danieltodoterreno +1
Amigo te dejo los +5 pa que seas NFU pero no te acostumbres a pedir puntos saludos
@chrisdamperezt
una consulta, sabes como medir campo electromagnetico?