PRACTICAS DE LABORATORIO Práctica De Líneas De Transmisión

practicas de laboratorio * práctica de líneas de transmisión (4 horas) objetivo de la práctica en esta práctica se pretende

PRACTICAS DE LABORATORIO
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Práctica de Líneas de Transmisión (4 horas)
Objetivo de la práctica
En esta práctica se pretende que el alumno analice la propagación de
pulsos y reflexiones en una línea de transmisión. Además se calcula la
constante de atenuación de la línea en el rango de 50 a 600 MHz.
Equipo experimental
El equipo experimental para poder llevar a cabo esta práctica es el
siguiente:
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Cable coaxial de 100 m e impedancia característica de 50 .
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Fuente de voltaje de pulsos cortos (anchura temporal inferior a 1
s).
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Osciloscopio.
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Emisor de radiofrecuencias.
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Medidor de campo.
Desarrollo de la práctica
Utilizando la fuente como generador de pulsos se estudia en la entrada
de la línea los pulsos procedentes de la fuente y los pulsos obtenidos
por reflexión en la carga colocada al final de la línea. Para ello se
utilizan diferentes cargas (circuito abierto, cortocircuito, 50 , 100
, ...)y se miden en el osciloscopio la amplitud y signo de los
pulsos reflejados obtenidos (ver Fig. 3.1). Además, utilizando la
separación temporal entre el pulso incidente y el reflejado se puede
calcular la velocidad de propagación de la onda en la línea. Y a
partir de ella estimar la permitividad relativa del dieléctrico por el
que se propagan las ondas.

Fig. 3.1. Transitorios observados en una línea de transmisión de 100 m
cuando el final de la línea esta abierta (gráfica superior) o
cortocircuitada (gráfica inferior).
Para obtener la atenuación de la línea se conecta un extremo de la
línea al emisor de radio frecuencias y el otro al medidor de campo
(las impedancias tanto a la entrada como a la salida han de estar
adaptadas para evitar reflexiones no deseadas). Se realiza un barrido
en frecuencias, sintonizando el emisor y receptor en cada medida, y
anotando el valor de la señal. Posteriormente se procede de igual
manera con un cable coaxial muy corto (en el que se supone que la
atenuación de la señal será despreciable). De esta forma se puede
obtener la atenuación de la línea a partir de la expresión:

A partir de los valores obtenidos para  en función de la frecuencia,
los alumnos pueden discutir los resultados con la expresión teórica
que relaciona el coeficiente de atenuación con la frecuencia (ver Fig.
3.2).

Fig. 3.2. Factor de atenuación en función de la frecuencia para una
línea de transmisión de 100 m. La línea continua corresponde al ajuste
a una función proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia.
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Práctica de Guías de Ondas (3 horas)
Objetivo de la práctica
En esta práctica los alumnos analizan la propagación de ondas en una
guía rectangular, determinando los modos de propagación que pueden
utilizarse según las características de la guía. Además, analizan las
ondas estacionarias que se forman en la guía dependiendo de las
diferentes terminaciones utilizadas. También se analizan las
variaciones en la onda estacionaria y en la longitud de onda al
introducir un medio dieléctrico en la guía.
Equipo experimental
El equipo experimental para poder llevar a cabo esta práctica es el
siguiente:
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Fuente de microondas (diodo Gunn) de 2.8 cm de longitud de onda.
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Guía de ondas rectangular ranurada.
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Diferentes terminaciones.
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Dieléctrico (metacrilato).
Desarrollo de la práctica
Se realizarán medidas del campo eléctrico a lo largo de la guía en
función de la posición. Esta experiencia se realizará para situaciones
diferentes al final de la guía: abierta, cortocircuitada y bocina. A
partir del análisis de la onda estacionaria se puede determinar la
longitud de onda en la guía y el coeficiente de reflexión.
Una vez conocida la longitud de onda en la guía para cada situación,
se pueden utilizar las expresiones teóricas para una guía rectangular
y demostrar que para la guía utilizada sólo se propaga el modo
transversal eléctrico TE10.

Fig. 3.3. Resultados obtenidos para la guía de onda rectangular
cortocircuitada y con un dieléctrico en su interior.
Como bibliografía adicional para esta práctica consideramos muy
interesante el trabajo:
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“ Experiencias con la guía de ondas rectangular: medidas para
UHF”. José Beltran, Juan J. Sepúlveda y Enrique A. Navarro. Física
Aplicada de la Universidad de Valencia. Revista Española de Física
14 (2000) 33.
Los autores han construido un gran paralalepípedo conductor cuyas
dimensiones pueden ser variadas y han analizado la frecuencia de corte
y la distribución de campo del modo fundamental.
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Práctica de Fibras Opticas (3 horas)
Debido a la gran importancia que están teniendo en la actualidad las
comunicaciones por fibras ópticas creemos que proponer a los alumnos
una práctica basada en las fibras ópticas puede ser un gran
complemento para los conceptos analizados en la asignatura.
Objetivo de la práctica
El objetivo de esta práctica consiste en obtener la respuesta de una
fibra óptica en el rango del visible a infrarrojo cercano. De esta
forma los alumnos obtendrán las ventanas de transmisión que posee la
fibra (en torno a 1.0 y 1.5 m).
Equipo experimental
El equipo experimental para poder llevar a cabo esta práctica es el
siguiente:
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Fibra óptica de 5 metros de longitud.
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Monocromador con red de difracción con longitud de onda Blaze en 1
m.
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Lámpara de incandescencia de 100 W.
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Filtro pasa-alta de 850 nm.
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Detector de Ge.
*
Sistema de adquisición de datos.
Desarrollo de la práctica
Para obtener el espectro correspondiente a la transmisión de la fibra
se focaliza la radiación de la lámpara en un extremo de la fibra y se
lleva el otro extremo a la entrada del monocromador. Posteriormente se
realiza un barrido en longitudes de onda desde 400 nm hasta
aproximadamente 1800 nm. En este punto hay que puntualizar el hecho de
que el espectro obtenido depende de la luz transmitida por la fibra
así como de la respuesta del resto del equipo experimental (lámpara,
monocromador y detector). Ésta última puede ser obtenida focalizando
directamente la radiación de la lámpara a la entrada del monocromador
y procediendo de igual forma que en el espectro anterior. La relación
entre el primer y segundo espectro obtenido dará la transmisión de la
fibra en función de la longitud de onda (ver Fig. 3.4).

Fig. 3.4. Espectro de transmisión de una fibra óptica de 5 metros.
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Práctica de Microondas (3 horas)
Objetivo de la práctica
El objetivo de la siguiente práctica es familiarizar al alumno con
algunas de las características de las microondas tales como su
longitud de onda, velocidad de propagación y su propiedad de reflexión
en algunos materiales. Como aplicación se comprueba de qué manera se
pueden utilizar como radar para conocer la velocidad de objetos
reflectantes móviles o para la localización espacial de dichos
objetos.
Equipo experimental
El equipo experimental para poder llevar a cabo esta práctica es el
siguiente:
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Un generador de microondas (Klystron sintonizado a 9.45 GHz).
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Láminas de vidrio y metal.
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Receptor de microondas.
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Lente de parafina.
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Osciloscopio.
Desarrollo de la práctica
Para conseguir los objetivos propuestos en esta práctica se han
propuesto las siguientes experiencias:
a) Medida de los coeficientes de reflexión y transmisión de una lámina
de vidrio y otra lámina de metal.
Para medir los coeficientes de transmisión se montan en un banco el
emisor y el receptor y se mide la intensidad recibida por este último.
A continuación se introduce la lámina del material a lo largo del eje
emisor-receptor y se observa nuevamente la señal recibida. Calculando
la relación entre las señales se puede obtener el coeficiente de
transmisión. De esta forma, se obtiene un valor despreciable para
dicho coeficiente en la placa de metal y un valor próximo a 0.5 en el
vidrio.
Para calcular el coeficiente de reflexión del material se montan
juntos el emisor y el receptor y ambos en posición normal a la lámina
en estudio. De esta forma se mide la señal reflejada, y la señal
incidente se obtiene quitando la lámina y colocando al receptor
enfrente del emisor y a una distancia igual a la recorrida por la
señal anteriormente. Calculando la relación se puede obtener el
coeficiente de reflexión y, en acuerdo con los resultados obtenidos en
el apartado anterior, se obtiene un valor próximo a la unidad para la
placa metálica y un valor próximo a 0.5 para el vidrio.
b) Determinación de la velocidad de propagación de las microondas
utilizando como montaje experimental un interferómetro de Michelson.
Para determinar la velocidad de propagación de las microondas en el
aire se utilizó un interferómetro de Michelson que consiste
básicamente en colocar el emisor y receptor formando 90º y dos láminas
reflectoras frente al emisor y al receptor, y en el centro una lámina
desdobladora formando 45º con la dirección de propagación. Desplazando
la posición de una lámina reflectora se observan cambios en la señal
recibida por el detector. Este efecto es debido a fenómenos
interferenciales y, teniendo en cuenta el recorrido realizado por las
microondas, el doble de la distancia desplazada en la lámina para
observar dos señales máximas en el detector corresponde a la longitud
de onda de las microondas (alrededor de 3.2 cm). Conocida la
frecuencia de las microondas y su longitud de onda se puede obtener a
continuación su velocidad de propagación en el aire, que coincide con
la velocidad de la luz.
c) Cálculo de la focal de una lente de parafina.
Para el cálculo de la focal de una lente de parafina simplemente
colocamos el emisor a una determinada distancia de la lente de
parafina. Desplazando el receptor en el otro lado de la lente de
parafina se busca la posición en el eje del sistema en la que se
obtiene un máximo en la señal recibida. Utilizando la ecuación de
Gauss que los alumnos han estudiado en asignaturas en cursos
anteriores se puede obtener la focal de la lente.
d) Localización de objetos reflectantes.
Se colocan el emisor y receptor juntos y paralelos en una plataforma y
a una determinada distancia se coloca el objeto reflectante a las
microondas del que queremos obtener su posición. Se orienta la
plataforma hacia al objeto hasta obtener la mayor lectura en el
receptor. A continuación se desplaza la plataforma una distancia
determinada y se vuelve a rotar hasta encontrar nuevamente un máximo
en la intensidad recibida. Con las posiciones y ángulos de la
plataforma y por consideraciones trigonométricas se puede obtener la
posición del objeto reflectante.
e) Medida de la velocidad de un objeto reflectante mediante la técnica
radar.
Se desplaza un objeto metálico, reflectante a las microondas, en la
dirección del frente de ondas incidente. El detector, situado entre el
emisor y el objeto, registra una onda resultante de la interferencia
entre la onda que envía el emisor y la que recibe reflejada del objeto
móvil. Ésta última con una frecuencia ligeramente distinta a la del
emisor debido al efecto Doppler. Un osciloscopio acoplado al detector
permite medir la frecuencia de la onda resultante, con la que se puede
calcular la velocidad del móvil.
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Práctica de Antenas (3 horas)
Objetivo de la práctica
En esta práctica se trata de obtener y analizar los diagramas de
directividad para un dipolo lineal cuando se cambia su longitud.
Además, se observará el efecto de la Tierra sobre la eficiencia de la
antena emisora.
Equipo experimental
El equipo experimental para poder llevar a cabo esta práctica es el
siguiente:
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Emisor de radiofrecuencias.
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Una varilla conductora de longitud variable (dipolo emisor).
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Dipolo receptor.
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Medidor de campo.
Desarrollo de la práctica
Para obtener los diagramas de directividad del dipolo emisor se
selecciona una frecuencia (por ejemplo, próxima a 400 MHz y procurando
que no coincida con otras fuentes externas) y una longitud para dicho
dipolo que corresponda a óDejando el receptor fijo se
gira el dipolo emisor tomando medidas cada cinco grados (ver Fig.
3.5).
Para analizar el efecto de la “Tierra” con la misma frecuencia
seleccionada de la experiencia anterior y con el emisor y receptor
paralelos se toman medidas de la señal recibida variando la altura del
emisor respecto del suelo.
Finalmente los alumnos analizarán los resultados en base a los
resultados obtenidos en las clases teóricas para las antenas lineales.

Fig. 3.5. Diagramas de radiación teórico y experimental de una antena
emisora lineal sintonizada a =555 MHz y con una longitud l = 4 =
216.2 cm