1RA EXPERIENCIA DE LABORATORIO DE MICROONDAS

Informe 1: Laboratorio de software de microondas.

Buzzio Garcia, Jorge(jbuzzio410@gmail.com)

Jarra Gonzales, Renato(renatojarrag@gmail.com)

Parvina Lucas, pedro(pparvinal @gmail.com )

Perez Reyna, Franco(francospr @gmail.com )Ripas Tomairo, Roger

(rogerfiee.uni @gmail.com )

Curso de Microondas Facultad de Ing. Eléctrica y Electrónica

Universidad Nacional de Ingeniería

Resumen—En el presente informe previo se desarrolla el marco teórico sobre los modos de propagación en guías de ondas rectangular, circular y elíptica, asi como también trataremos los parámetros S y la carta de Smith; con el objetivo de comprender sus respectivas características.

Palabras claves: guías de onda, carta de Smith.

I. INTRODUCCIÓN

Una guía de onda está hecha de uno o más materiales de propiedades electromagnéticas intrínsecas diferentes y consiste, en general, en una estructura con gran desarrollo longitudinal y una sección transversal uniforme.

Una guía de onda puede tener la forma de una cañería, hecha de material conductor, rellena de aire o vacía, como es el caso de una guía de onda rectangular o de una guía de onda circular; o podría consistir en dos regiones cilíndricas concéntricas hechas de materiales dieléctricos con distintos índices de refracción, como es el caso de la fibra óptica, etc.

Normalmente se puede asumir que los campos se propagan en el interior de la guía en la dirección longitudinal, mediante múltiples reflexiones en la superficie de separación de los materiales que conforman la estructura. Esto es intuitivamente cierto cuando cualquiera de los campos presenta una componente longitudinal (modos TE y TM), pero resulta muy difícil admitirlo cuando los campos son completamente transversales (modo TEM).

II. OBJETIVOS

Determinar el modo de excitación de la guía de onda elíptica.

Comparar los modos de excitación de las guías de onda rectangular, circular y elíptica.

Aprender el uso del Matlab para observar en la Carta de Smith impedancias normalizadas, ROE, Zin, Coeficiente de Reflexión.

III. ESTADO DEL ARTE

En el 1893 Heaviside consideró la posibilidad de que ondas electromagnéticas pudieran propagarse a través de un tubo hueco, pero finalmente descartó dicha idea. Le pareció que para transferir energía electromagnética siempre iban a ser necesarios dos conductores.

En el 1897 Lord Rayleigh probó matemáticamente que la propagación a través de guías de ondas era posible. Lo probó tanto para guías de ondas circulares como para guías de ondas rectangulares. El Premio Nobel de Física 1904 fue otorgado a Lord Rayleigh "por sus investigaciones de las densidades de los gases más importantes y por su descubrimiento del argón en relación con estos estudios"[1]

Después del trabajo de Lord Rayleigh el mundo se olvidó de las posibles aplicaciones de las guías de ondas hasta que en el 1936 dos personas, trabajando independientemente, las redescubrieron. George C. Southworth (empleado de AT&T) publicó un artículo sobre las guías de ondas rectangulares. En

la misma conferencia, W. L. Barrow (MIT) presentó otro artículo sobre las guías de ondas circulares.

Acerca de la carta de Smith es curioso saber que Philip Hagar Smith creó este diagrama en 1939 para simplificar los cálculos de los parámetros en las antenas, que podían (y pueden) llegar a ser tremendamente complicado.

Philip Smith nació y se crió en Lexington, Massachusetts. Aunque todavía en la escuela secundaria, Smith armó un estación de radio - 1ANB - y colaboró con artículos en la radio para Boston Traveler. Se graduó en la Tufts College en 1928 con una licenciatura en ingeniería eléctrica. Al graduarse, Smith tomó un trabajo en los Laboratorios Bell Telephone , donde su primer trabajo fue en el departamento de investigación de radio de la Estación de Radio Trato Beach. [2]

IV. TAREA A REALIZAR

A. Medir a y b de la guía de onda rectangular con un Vernier.

a=0.0228mb=0.0101m

B. Realizar el código fuente de la guía de onda elíptica y adjuntar al informe.

C. Simular los modos TEmn y TMmn de acuerdo al número de orden del listado publicado en el aula virtual de las guías de onda rectangular, circular y elíptica.

Guía de onda rectangular1) Modo TE05

2) Modo TE15

3) Modo TM05

4) Modo TM15

Guía de onda circular1) Modo TE05

2) Modo TE15

3) Modo TM05

4) Modo TM15

D. Comparar los modos simulados TE y TM de las guías de onda rectangular, circular y elíptica.

La principal diferencia que encontramos entre las simulación fue la complejidad de las ecuaciones de la guía de onda circular con respecto a las ecuaciones de la guía de onda rectangular.

Las ecuaciones de la guía de onda circular corresponden a las funciones de Bessel de orden n y y a las funciones de Neuman de orden n.

E. Graficar en la Carta de Smith con Matlab la impedancia de carga= (50+jmn) ohms, la cual se desplazará una longitud de 2cms. Considerar la impedancia característica igual a 50 ohms, y una frecuencia de operación de 2 GHz. Calcular la Velocidad de fase, Constante de propagación, Coeficiente de Reflexión (magnitud y fase), y la Impedancia de Entrada

1) Para mn=05

Calculo del coeficiente de reflexión (magnitud y angulo), VSWR y perdidas de retorno:

>> [m1, d1, VSWR1, Rloss1] = smith_ch_calc(50, 50+j*5)m1 = 0.0300d1 = 88.2816VSWR1 = 1.0618Rloss1 = 30.4615

2) Para mn=15

Calculo del coeficiente de reflexión (magnitud y angulo), VSWR y perdidas de retorno:

>> [m1, d1, VSWR1, Rloss1] = smith_ch_calc(50, 50+j*15)

m1 = 0.1483d1 = 81.4692VSWR1 = 1.3484Rloss1 = 16.5748

V. CONCLUSIONES

Las simulaciones muestra que no existe propagación en el modo TM de guías de ondas rectangulares donde m y n son ceros, lo cual está de acuerdo con la teoría, siendo el modo dominante el TM11.

La anterior restricción no existe en los modos TE de guías rectangulares, siendo el modo dominante el modo TE10.

VI. REFERENCIAS.

[1]. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1904/index.html.

[2]. IEEE Global History Network, http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Oral-History:Philip_H._Smith

[3]. Field Theory of Guided Waves, segunda edición, Robert E. Collin