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Instituto Politécnico Nacional ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

LABORATORIO DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS GUIADAS

PRACTICA #4: “Atenuación”

Gómez Martínez Daniel GRUPO: 4CM9

Fecha de entrega:

09/Julio/2015

Objetivo Describir la atenuación en una línea de transmisión.

Equipo y material 1 Wattmetro direccional 1 generador de bandas Un medidor ROE Una carga fantasma Una línea de transmisión de 30 metros de longitud

Marco teórico Atenuación En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión.1 Si introducimos una señal eléctrica con una potencia P2 en un circuito pasivo, como puede ser un cable, esta sufrirá una atenuación y al final de dicho circuito obtendremos una potencia P 1. La atenuación (α) será igual a la diferencia entre ambas potencias. La atenuación del sonido es el reparto de energía de la onda entre un volumen de aire cada vez mayor. No obstante, la atenuación no suele expresarse como diferencia de potencias sino en unidades logarítmicas como el decibelio, de manejo más cómodo a la hora de efectuar cálculos. La atenuación, en el caso del ejemplo anterior vendría, de este modo, expresada en decibelios por la siguiente fórmula:en términos de potencia

en términos de tensión

10*log en base 10 de I1/I2

Cuando una onda de radio se estrella con un obstáculo, parte de su energía se absorbe y se convierte en otro tipo de energía, mientras que otra parte se atenúa y sigue propagándose. Es posible que otra parte se refleje. La atenuación se da cuando la energía de una señal se reduce en el momento de la transmisión. Cuando a es positivo, se denomina amplificación, y cuando es negativo se denomina atenuación. En los casos de transmisiones inalámbricas, la atenuación es más común. La

atenuación aumenta cuando sube la frecuencia o se aumenta la distancia. Asimismo, cuando la señal choca con un obstáculo, el valor de atenuación depende considerablemente del tipo de material del obstáculo. Los obstáculos metálicos tienden a reflejar una señal, en tanto que el agua la absorbe. El debilitamiento de la señal se debe en gran parte a las propiedades del medio que atraviesa la onda. La tabla siguiente muestra los niveles de atenuación para diferentes materiales:

Tabla 1. Niveles de atenuación para diferentes materiales

2. ABSORCIÓN La atmósfera terrestre no es un vacío. Más bien está formada por átomos y moléculas de diversas sustancias gaseosas, líquidas y sólidas. Algunos de esos materiales pueden absorber las ondas electromagnéticas. Cuando una onda electromagnética se propaga a través de la atmósfera terrestre, se transfiere energía de la onda a los átomos y moléculas atmosféricos. La absorción de onda por la atmósfera

es análoga a una pérdida de potencia I 2R. Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre, y causa una atenuación en las intensidades de voltaje y campo magnético, y una reducción correspondiente de densidad de potencia. La absorción de las radiofrecuencias en una atmósfera normal depende por lo general de su frecuencia, y es relativamente insignificante para frecuencias inferiores a 10 GHz. La figura 26 muestra la absorción atmosférica, en decibeles por kilómetro, debida al oxígeno y al vapor de agua, para radiofrecuencias mayores de 10 Ghz. Se aprecia que ciertas frecuencias se afectan más o menos por la absorción, y se producen picos y valles en las curvas. La atenuación de ondas debida a la absorción no depende de la distancia a la fuente de radiación, sino más bien a la distancia total que la onda se propaga a través de la atmósfera. En otras palabras, para un medio homogéneo, cuyas propiedades son uniformes en todo él, la absorción sufrida durante el primer kilómetro de propagación es igual que la del último kilómetro. También, las condiciones atmosféricas anormales, como por ejemplo lluvias intensas o neblina densa, absorben más energía que una atmósfera normal. La absorción atmosférica se representa por η y, para una onda que se propaga de R1 a R2, es (R2 – R1), siendo el coeficiente de absorción. Así, la atenuación de onda depende de la relación R2/R1, y la absorción de onda depende de la distancia entre R1 y R2. En el caso más real, es decir, en un medio no homogéneo, el coeficiente de absorción varía mucho de acuerdo con el lugar y origina difíciles problemas para los ingenieros de sistemas de radio.

Vatímetro

Vatímetro. El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente» o amperométrica, y una bobina móvil llamada «bobina de potencial» o voltimétrica. Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito. Carga fantasma

Una carga fantasma es un dispositivo que se utiliza para simular una carga eléctrica, generalmente para fines de pruebas y/o medidas.

En los transmisores, una carga fantasma es un dispositivo usado para sustituir las antenas, durante pruebas y ajustes, para evitar emisiones indeseables de radiación electromagnética, así como para evitar daños al equipamiento transmisor. Durante pruebas y ajustes, cuando se conecta la carga fantasma en el lugar de la antena durante las transmisiones, se evita que el transmisor cause interferencias electromagnéticas con otros 1 radiotransmisores/receptores. Si un transmisor es testado sin ningún tipo de carga conectada, tal como una antena o carga fantasma, el transmisor puede dañarse. Además, si un transmisor es ajustado sin ninguna carga, tendrá un comportamiento diferente cuando le sea conectada dicha carga, por lo que los ajustes realizados serán incorrectos. Una carga fantasma debe ser una resistencia pura, es decir, sin características inductivas o capacitivas. El valor de la resistencia deberá ser el mismo de la impedancia de la antena y de la línea de transmisión (generalmente, cable coaxial), que normalmente poseen valores de 50 Ω (más utilizado) o 75 Ω.2

EL MEDIDOR DE ROE Un medidor de ROE es un componente imprescindible para un radioaficionado, a menos que el equipo de radio traiga uno incorporado.

Alguna vez he escuchado: “para qué necesitas un medidor de ROE, si el medidor de potencia que tiene el equipo de HF basta para calibrar una antena”. En esa oportunidad se hacía referencia a un equipo

de radio HF antiguo, no de esos modernos que traen incorporado un medidor de ROE.Si bien un equipo de HF permite encontrar el punto o frecuencia de máxima potencia de una antenita monobanda, no hay forma de saber si en ese punto es seguro transmitir. Eso solamente lo puede proporcionar un medidor de ROE. De estos medidores de ROE hay varios tipos. Los más comunes son de “agujas cruzadas”, como el de la foto de abajo. Hay otros de una sola aguja y que requiere una calibración (CAL). El medidor de la derecha opera en un rango de frecuencias amplio: de 1.8 MHZ (HF - 160 metros) a 200MHZ (VHF - metros). Además tiene tres escalas de medición: 20Watts, 200Watts, y 2KWatts. En este medidor, nótese que la potencia hacia adelante es de 10 Watts (ya que está seleccionada la escala de 200 W, entonces 1x10), y la potencia reflejada es de algo más de 8W (0,8Wx10).

Desarrollo Como primera parte de la práctica se armó el siguiente circuito:

GBC

ROE

W

L.T.

C.F.

En la segunda parte se armó el siguiente circuito:

GBC

L.T.

Ilustración 1circuito1

Resultados Valor 1: 1 Valor 2: 0.8

Comparación de resultados

ROE

W

Ilustración 2 circuito 2

C.F.

α =10∗log

( 0.81 )=0.9691

dB

Conclusiones La atenuación está siempre presente en una línea de transmisión. En el caso de la práctica al efectuar la medición con el wattmetro registro diferentes potenciales al cambiar el circuito.

Bibliografia http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_fantasma Líneas de transmisión

Rodolfo Neri vela