Actividad3_JoseGalvez

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
BOCA DEL RIO, VERACRUZ 
 
 
PROGRAMA EDUCATIVO 
ELCO 
 
 
EXPERIENCIA EDUCATIVA 
ANTENAS Y PROPAGACION (57855) 
 
DOCENTE 
Narvaez Martinez Esther Guadalupe 
 
 
 
 
 
JOSE ANTONIO GALVEZ SALAS 
 
S17001939 
 
 
11/10/2020 
 
 
 
 
 
 
 
Síntesis hojas 7-24 
Mecanismos de Radiación: Una de las primeras preguntas que se 
pueden hacer con respecto a las antenas sería "¿cómo 
se realiza la radiación?" En otras palabras, ¿cómo se generan los 
campos electromagnéticos? 
 
 
1.3.1. Solo Alambre: Los cables conductores son materiales cuya 
característica principal es el movimiento de cargas eléctricas y la 
creación de flujo de corriente 
 
 
Una densidad de 
carga de volumen eléctrico. representado por qv (Coulombs / m3), se distribuye 
uniformemente en un alambre circular de área de sección transversal A y 
volumen V, como se muestra en la Figura 1.9. 
 
 
La carga total Q dentro del volumen V se está 
moviendo en la dirección z con una velocidad 
uniforme v z (metros / seg). Se puede 
mostrar que la densidad de corriente Jz, 
(amperios / m2) sobre la sección transversal del 
cable viene dada por 
 
 
 
 
Si el cable está hecho de un conductor eléctrico ideal, la densidad de 
corriente Js (amperios / m) reside en la superficie del cable y está 
dada por 
 
 
 
Dondeqs(Coulombs/m2) es la densidad de carga superficial. Si el cable es muy delgado (idealmente 
cero radio), entonces la corriente en el cable se puede representar 
mediante : 
 
 
 
Donde ql (coulombs/m) es la carga por unidad de longitud 
En lugar de examinar las tres densidades de corriente, nos 
concentraremos principalmente en el cable muy delgado. Las 
conclusiones se aplican a los tres. Si la corriente varía en el tiempo, 
entonces la derivada de la corriente de (1-1c) se puede escribir 
como; 
 
 
 
 
 
Donde ( metros/segundos2 ) es la aceleración. Si el 
alambre es de longitud l, luego (1-2) puede ser escrito como: 
 
 
 
 
 
Por lo tanto: 
1. Si una carga no se está moviendo, la corriente no se crea y no 
hay radiación. 
2. Si la carga se mueve con una velocidad uniforme: 
 No hay radiación si el alambre es recto e infinito en 
extensión. 
 Hay radiación si el alambre es curvo, doblado, discontinuo, 
terminado o truncado, como se muestra en la Figura 1.10. 
3.Si la carga está oscilando en un movimiento de tiempo, se irradia 
incluso si el cable está recto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.3.2. Dos Alambres: Considerando una fuente de voltaje conectada a dos 
líneas de tr ansmisión conductoras, la cual es conectada a una antena. Esto se 
muestra en la figura 1.11(a). Aplicando un voltaje a través 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La línea de transmisión de dos conductores crea un campo eléctrico entre los 
conductores. El campo eléctrico tiene asociadas líneas eléctricas de fuerza 
que son tangentes al campo eléctrico en cada punto y su fuerza es 
proporcional a la intensidad del campo eléctrico. Las líneas de 
fuerza eléctricas tienen una tendencia a actuar sobre los electrones libres 
(fácilmentedesmontables de los átomos) asociados con cada conductor y 
obligarlos a desplazarse. El movimiento de las cargas crea una corriente que a 
su vez crea una intensidad de campo magnético. Asociadas con la intensidad 
del campo magnético están las líneas de fuerza magnética que son tangentes 
al campo magnético 
 
La creación de campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo entre 
los conductores forma ondas electromagnéticas que viajan a lo largo de la 
línea de transmisión, como se muestra en la Figura 1.1 1 (a). Las ondas 
electromagnéticas entran en la antena y tienen asociadas las cargas eléctricas 
y las corrientes correspondientes. Si eliminamos parte de la estructura de la 
antena, como se muestra en la Figura 1.11 (b), las ondas en el espacio libre 
pueden formarse "conectando" los extremos abiertos de las líneas eléctricas 
(que se muestran discontinuas). Las ondas del espacio libre también son 
periódicas, pero un punto de fase constante Po se mueve hacia afuera con la 
velocidad de la luz y recorre una distancia de en el tiempo de la 
mitad de un período 
 
 
Se ha demostrado que cerca de la antena, el punto de fase constante Po) 
se mueve más rápido que la velocidad de la luz, pero se aproxima a la velocidad de la luz 
en 
puntos alejados de la antena (análogo a la velocidad de fase dentro de una guía de onda 
rectangular). La figura 1.12 muestra la creación y el viaje del espacio libre. 
 
 
 
 
1.3.3. Dipolo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
por un ejemplo de una pequeña antena 
dipolo donde el tiempo de viaje es 
despreciable. Esto solo es necesario para 
dar una mejor interpretación física del 
desapego de las Líneas de fuerza. 
Aunque es un mecanismo un tanto 
simplificado, permite visualizar la 
creación de las ondas del espacio libre. La 
Figura 1.14 (a) muestra las líneas de 
fuerza creadas entre los brazos de un 
pequeño dipolo de alimentación central 
en el primer trimestre del período 
durante el cual la carga ha alcanzado su 
valor máximo (suponiendo una variación 
de tiempo sinusoidal) y las líneas han 
viajado Hacia afuera una distancia radial λ 
/ 4. Para este ejemplo, supongamos que 
el número de líneas formadas son tres. 
Durante el próximo trimestre del periodo, 
las tres líneas originales viajan un λ / 4 
adicional (un total de λ / 2 desde el punto 
inicial) y la densidad de carga en los 
conductores comienza a disminuir. Se 
puede pensar que esto se logra 
introduciendo cargas opuestas que, al 
final de la primera mitad del período, han 
neutralizado las cargas de los 
conductores. Las líneas de fuerza creadas 
por las cargas opuestas son tres y recorra 
una distancia λ / 4 durante el segundo 
trimestre de la primera mitad, y se 
muestran discontinuos en la Figura 
 
 
 
1.14 (b). El resultado final es que hay tres 
líneas de fuerza apuntadas hacia arriba en la primera 
distancia A / 4 y el mismo número de líneas dirigidas hacia abajo en la segunda A / 4. Como no 
hay carga neta en la antena, entonces las líneas de fuerza deben haber sido forzadas a separarse 
de los conductores y unirse para formar bucles cerrados. Esto se muestra en la Figura 1.14 (c). 
En la segunda mitad restante del período, se sigue el mismo procedimiento, pero en la dirección 
opuesta. Después de eso, el proceso se repite y continúa indefinidamente y se forman patrones 
de campo eléctrico. 
 
 
1.3.4. Animación por computadora - visualización de problemas de 
radiación 
 
A. Fuente de línea infinita en un medio ilimitado 
La primera solución FD-TD es la de una fuente de línea de longitud infinita exc itada por 
un solo pulso gaussiano derivado del tiempo con una duración de aproximadamente 0,4 
nanosegundos, en un dominio computacional TMz bidimensional. El medio ilimitado se 
simula utilizando una condición de límite absorbente (ABC) [9] [10] de Berenger 
perfectamente emparejada (PML) para truncar el espacio computacional a una distancia 
finita, en principio. Creando cualquier reflexión. Por lo tanto, el pulso viaja radialmente 
hacia afuera creando un tipo de viaje de un frente de onda. Los frentes de onda que se 
mueven hacia el exterior son fácilmente identificado mediante el esquema de coloración de la 
intensidad (o escala de grises para monitores en blanco y negro) al ver la película. La película es 
creada por MATLAB M-File, que produce la solución FD-TD al tomar una fotografía del dominio 
computacional cada tercer paso de tiempo. Cada paso de tiempo es de 5 picosegundos, mientras 
que cada celda FD-TD tiene 3 mm de lado. La película es de 37 fotogramas y abarca 185 
picosegundos de tiempo transcurrido. 
Todo el espacio computacional es de 15,3 cm por 15,3 cm y está modelado por 2500 celdas FDTD 
cuadradas (50 x 50), incluidas 6 celdas para implementar el PML ABC. 
 
B. Fuente de línea infinita en un cilindro cuadrado PEC 
Este problema se simula de manera similar a la dela fuente de línea en un medio 
ilimitado. Incluyendo las características del pulso. La principal diferencia es que el 
dominio computacional de este problema está truncado por las paredes PEC: por lo 
tanto, no hay necesidad de PML ABC. Para este problema, el pulso se desplaza hacia 
afuera y se refleja cuando l lega a las paredes del cilindro. El pulso reflejado, junto con el 
pulso que se desplaza radialmente hacia el exterior, interfiere constructivamente y 
destructivamente entre sí y crea un tipo de pie de onda. Los picos y valles del frente de 
onda modificado se pueden identificar fácilmente al ver la película, usando los 
esquemas de intensidad de color o escala de grises. Se permite suficiente tiempo en la 
película para permitir que el pulso se desplace de la fuente a las paredes del cilindro, 
regrese a la fuente y luego regrese a las paredes del cilindro. Cada paso de tiempo es de 
5 picosegundos y cada celda FD-TD tiene 3 mm de lado. La película es de 70 fotogramas 
y abarca 350 picosegundos de tiempo transcurrido. El cilindro cuadrado, y por tanto el 
espacio computacional tiene una sección transversal de 15,3 cm por 15,3 cm y se 
modela utilizando un área de 50 por 50 células FD-TD. 
 
 
C. E-Plane Sectoral Horn( Bocina sectoral del plano E) en un medio sin 
límites. 
La bocina sectorial del plano E se excita con un voltaje cosinusoidal (CW) de 9.84 GHz en 
un dominio computacional TE z , en lugar de la excitación del impulso gaussiano de los 
dos problemas anteriores. El medio ilimitado se implementa utilizando un Berenger PML 
ABC de ocho capas. El espacio computacional es de 25,4 cm por 25,4 cm y se modela 
usando 100 por 100 celdas FD-TD (cada celda cuadrada es de 2,54 mm en un lado). La 
película tiene una duración de 70 fotogramas y abarca 296 picosegundos de tiempo 
transcurrido y se crea tomando una imagen cada tres fotogramas. Cada paso de tiempo 
es de 4.23 picosegundos de duración. La bocina tiene un ángulo total de 52 ° y su sección 
acampanada tiene una longitud de 2,62 cm, se alimenta mediante una placa paralela de 
1 cm de ancho y 4,06 cm de largo, y tiene una abertura de 3,56 cm. 
 
 
1.4. DISTRIBUCIÓN DE LA CORRIENTE EN UNA ANTENA DE ALAMBRE 
DELGADO 
 
la geometría de una línea de transmisión de dos hilos sin 
pérdida, como se muestra 
en la Figura 1.15 (a). El movimiento de las cargas crea una 
corriente de onda viajera, de 
magnitud Io / 2 a lo largo de cada uno de los cables. Cuando la 
corriente llega al final de 
cada uno de los cables, sufre una reflexión completa (igual 
magnitud y inversión de fase 
de 180 °). La onda viajera reflejada, cuando se combina con la 
onda viajera incidente, 
forma en cada cable un patrón de onda estacionaria pura de 
forma sinusoidal como se 
muestra en la Figura 1.15 (a). La corriente en cada cable 
experimenta una inversión de 
fase de 180 ° entre Ciclos medio contiguos 
 
La radiación de cada cable se produce individualmente debido 
a la naturaleza variable en el tiempo de la corriente y la 
terminación del cable. Para la línea 
de transmisión balanceada (simétrica) de dos cables, la 
corriente en un semiciclo de un 
cable es de la misma magnitud pero con una desfase de 180° 
respecto a la del semiciclo 
correspondiente del otro cable. Si además el espacio entre los dos cables es muy pequeño 
(s << λ), los campos irradiados por la corriente de cada cable son esencialmente 
cancelados por los del otro. El resultado neto es una línea de transmisión sin radiación 
casi ideal (y deseada). 
 
A medida que la sección de la línea de transmisión entre 0≤ z ≤ 1/2 comienza a estallar, 
como se muestra en la F igura 1.15 (b), puede suponerse que la distribución de la corriente 
es esencialmente inalterada en cada uno de los cables. Sin embargo, debido a que los dos 
cables de la sección ensanchada no están necesariamente cerca uno del otro, los campos 
irradiados por uno no cancelan necesariamente los del otro. Por lo tanto, idealmente hay 
una radiación neta por el sistema de línea de transmisión 
 
 
 
 
1.5. AVANCE HISTÓRICO: 
 
La historia de las antenas se remonta a James Clerk Maxwell, quien unificó las 
teorías de la electricidad y el magnetismo y representó de manera elocuente 
sus relaciones a través de un conjunto de ecuaciones profundas mejor 
conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo se publicó por primera 
vez en 1873 
También mostró que la luz era 
electromagnética y que tanto la luz como las ondas electromagnéticas viajan 
por perturbaciones de ondas de la misma velocidad. En 1886, el profesor 
Heinrich Rudolph Hertz 
demostró el primer sistema electromagnético inalámbrico. Pudo producir en 
su laboratorio a una longitud de onda de 4 metros una chispa en el hueco de 
un dipolo A / 2 transmisor que luego se detectó como una chispa en el 
espacio de un bucle cercano. No fue hasta 1901 que Guglielmo Marconi pudo 
enviar señales a grandes distancias. Realizó en 1901 el primer transatlántico. 
 
 
Desde el inicio de Marconi hasta la década de 1940, la tecnología de la 
antena se centró principalmente en los elementos y frecuencias radiantes 
relacionados con los cables hasta aproximadamente UHF. No fue hasta la 
Segunda Guerra Mundial que se lanzó la moderna tecnología de antena y se 
introdujeron principalmente nuevos elementos (como aperturas de guías de 
onda, bocinas, reflectores) 
 
Un factor que contribuyó a esta nueva era fue la invención de 
fuentes de microondas. 
A principios de la década de 1960, se introdujeron métodos numéricos que 
Permitían Configuraciones de sistemas de antenas complejas previamente 
intratables para ser analizadas y diseñadas con mucha precisión 
 
Además, se introdujeron métodos asintóticos 
para ambas frecuencias bajas (por ejemplo, Método de Momento (MM). 
Diferencia Finita. 
Elemento Finito) y frecuencias altas (por ejemplo, Teorías de Difracción 
Geométrica y Física), 
contribuyendo significativamente a la madurez del campo de la antena. 
 
 
 
1.5.1. Elementos de una Antena: 
 
Antes de la Segunda Guerra Mundial, la mayoría de los elementos de antena 
eran del tipo de 
cable (cables largos, dipolos, hélices, rombos, ventiladores, etc.), 
 
Antes de la década de 1950, las antenas con características de banda ancha e impedancia 
tenían anchos de banda no mucho mayores que aproximadamente 2: 1. En la década de 
1950, se creó un avance en la evolución de la antena que extendió el ancho de banda 
máximo a 40: 1 o más. Debido a que las geometrías de estas antenas están especificadas 
por ángulos en lugar de dimensiones lineales, tienen idealmente un ancho de banda 
infinito . Por lo tanto, se les conoce como frecuencia independiente. Estas antenas se 
utilizan principalmente en la región de 10-10000 MHz en una variedad de aplicaciones que 
incluyen TV, comunicaciones punto a punto, fuentes de reflectores y lentes, y muchas 
otras 
 
No fue hasta casi 20 años después que se introdujo un nuevo 
elemento radiante fundamental que ha recibido mucha atención y muchas 
aplicaciones desde 
su inicio. Esto ocurrió a principios de la década de 1970, cuando se informó sobre 
las antenas de microstrip o parches. 
 
 
1.5.2. Métodos de Análisis: 
 
Dos métodos que en las últimas tres décadas han sido preeminentes en el análisis de 
muchos problemas de antenas previamente intratables son el método de la Ecuación 
Integral (1E) y la Teoría Geométrica de la Difracción (OTD). El método de Ecuación Integral 
proyecta la solución al problema de la antena en forma de una integral (de ahí su nombre) 
donde lo desconocido, generalmente la densidad de corriente inducida, es parte del 
integrando. Las técnicas numéricas, como el Método de Momento (MM), se utilizan para 
resolver lo desconocido 
 
Una vez que se encuentra la densidad de c orriente, las integrales de radiación 
del Capítulo 3 se utilizan para encontrar los campos irradiados y otros parámetros del 
sistema. Este método es más conveniente para antenas tipo cable y más eficiente para 
estructuras que son pequeñas eléctricamente.Uno de los primeros objetivos de este 
método es formular el IE para el problema en cuestión. En general. Hay dos tipos de IE. 
Una es la Ecuación Integral del Campo Eléctrico (EFIE), que se basa en la condición de 
contorno del campo eléctrico tangencial total, la otra es la Ecuación Integral del Campo 
Magnético (MFIE) y se basa en la condición de límite que expresa el total D ensidad de 
corriente eléctrica 
inducida en la superficie en términos del campo magnético incidente. El MFIE solo es 
válido 
para superficies cerradas. Para algunos problemas, es más conveniente formular un EFIE, 
mientras que para otros es más apropiado usar un MFIE 
 
 
1.5.3. Algunos Retos Futuros: 
Un factor importante en el éxito de la tecnología de antena ha 
sido el avance en la arquitectura de computadoras y los métodos de cálculo 
numérico. 
Hoy en día, la ingeniería de antenas se c onsidera un arte de ingeniería 
verdaderamente 
excelente.