miércoles, 8 de abril de 2015

Conceptos Básicos de Ondas Guiadas I

Conceptos Básicos Ondas Guiadas
Onda: Es una perturbación (cualquier tipo de alteración del medio) que se propaga, estas transportan energía de un punto a otro. Las ondas son consecuencia natural de muchos procesos físicos: las oscilaciones en océanos y lagos, ondas sonoras que viajan en el aire, ondas electromagnéticas que constituyen la luz, sismos y muchos otros.
Las ondas son de dos tipos:
Ondas transitorias provocadas por perturbaciones de corta duración.
Ondas armónicas continuas generadas por una fuente de oscilación.
Ondas transversales en estas la dirección en que se produce la perturbación y la dirección en que se propaga son perpendiculares. Algunos ejemplos de ondas transversales son: ondas electromagnéticas, la onda que se transmite en una cuerda, las ondas en la superficie de un lago.
Ondas longitudinales  en estas la dirección de perturbación y la de propagación es la misma. El sonido es una onda longitudinal.
Las ondas electromagnéticas no necesitan ningún medio para propagarse. Pueden hacerlo en el vacío, mientras que las demás necesitan un medio para su propagación por los que se les denomina “ondas materiales”.
Longitud de onda (λ)
Se define como la distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación completa. También se define como la distancia entre dos crestas, dos valles o dos nodos consecutivos.  Se mide en metros [m]
 .
Amplitud (A)
Es el valor máximo que adquiere la perturbación o magnitud del máximo desplazamiento.  En el caso de una cuerda, la amplitud seria la distancia máxima que un punto de la cuerda se separa de su posición de equilibrio. Se mide en metros [m].
Tiempo (t)
Es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos. Se mide en segundos [s].
Periodo (T)
Es el tiempo que se tarda en realizar una onda, ciclo o revolución. Se mide en segundos [s].

Frecuencia (f)
Es el número de oscilaciones, vibraciones, revoluciones o ciclos que se efectúan en un segundo. Se mide en Hertz [Hz].
Frecuencia angular ( ):
Análogo al movimiento armónico simple. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo. Se mide en [rad/s]
Velocidad de propagación (vp)

Es la velocidad con la que avanza la onda. Se mide en metros sobre segundo.

Las ondas luminosas viajan a una velocidad de 

Las ondas sonoras viajan a una velocidad de 330[m/s].
Reflexión de las ondas: La reflexión se produce cuando una onda encuentra una superficie contra la cual rebota. En la reflexión el rayo incidente y el reflejado se propagan en el mismo medio.
Se denomina ángulo de incidencia el formado por el rayo incidente y la normal a la superficie y ángulo de reflexión el formado por el rayo reflejado y la normal.


Leyes de la reflexión
-El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano.
 -Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales: i = r

Refracción de las ondas: La refracción es cuando una onda que se propaga en un medio pasa a otro en el cual su velocidad de propagación es distinta.
Para las ondas luminosas se define el índice de refracción del medio, n, como el cociente entre la velocidad de la luz en el aire, c, y la velocidad de la luz en el medio, v: c n = v
Leyes de la refracción
 -El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano.
- La relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción viene dado Ley de Snell:
 n1 sen i = n2 sen r
Donde n1 es el índice de refracción del primer medio, o medio en el que se propaga el rayo incidente, y n2 es el índice de refracción del segundo medio o medio en el que se propaga el rayo refractado.

En la refracción se pueden distinguir dos casos:

Caso 1: cuando la onda pasa de un medio con menor índice de refracción a otro con mayor índice de refracción (como de aire a agua). Si se aplica  la Ley de Snell se puede apreciar que en este caso el ángulo de refracción es inferior al de incidencia: el rayo refractado se acerca a la normal.
Caso 2: cuando la onda pasa de un medio con mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción. Si se aplica la Ley de Snell se puede apreciar que en este caso el ángulo de refracción es superior al de incidencia: el rayo refractado se aleja de la normal.


En el segundo de los casos El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por:

Donde  η1 y η2 son los índices de refracción de los medios con η2<η1 . Esta ecuación es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.
En el segundo caso si se va aumentando el ángulo de incidencia de forma que su valor sea superior al ángulo crítico  se produce el fenómeno de la reflexión total. Significa que no existe refracción.  

Neper: Es una unidad de medida relativa ocupada en el campo de las telecomunicaciones, con la cual  se puede expresar relaciones entre voltajes o intensidades. Su símbolo es Np,
La diferencia con el decibelio es que el decibelio está basado en el logaritmo decimal y el neper lo está en el logaritmo natural. El neper se utiliza mayormente para expresar relaciones entre voltajes o intensidades mientras que el decibelio, es más utilizado para expresar relaciones entre potencias. 

Se puede establecer la relación entre ambas unidades (Np y dB) a partir de una relación de voltajes:


Entonces:


La correspondencia de Np a dB de la misma magnitud física, es decir potencia con potencia e intensidad con intensidad es:

1Np=10log(e)B=4.343db

Transformación de watts a dB y dBm





Resonancia: Es la transmisión de una vibración de un cuerpo a otro si coinciden sus frecuencias.
Cuando una fuerza se aplica repetidamente a un sistema con la frecuencia natural de mismo el resultado es la aparición de oscilaciones de gran amplitud a este fenómeno se le conoce como resonancia
Modulación: La modulación es la alteración  de una onda portadora,  modifica el valor de una frecuencia, fase o amplitud de una onda y es utilizada en telecomunicaciones para transferir información desde un origen a un destino, también la modulación contribuye a proteger la señal de interferencias y ruidos.

Potencia: Capacidad para realizar una acción. Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

Atenuación: Es la disminución de la densidad de potencia de una onda.
Señal analógica: Una señal analógica es aquella señal que es continua.
Señal digital: Una señal digital es aquella que es discreta, es decir solo se toman muestras y/o puntos (muestrear) de una señal.

También les anexo el documento en word en la entrada "Conceptos Básicos de Ondas Guiadas II" para que lo puedan descargar y apreciar mejor (lo tienen que descargar para que no se vea movido como en la vista previa).


.




No hay comentarios.:

Publicar un comentario