Microondas

EXPERIMENTOS CON MICROONDAS
Objetivos: Estudiar la polarización de las ondas electromagnéticas en la región de las microondas, las características de un polarizador lineal de microondas, y el estudio cualitativo y cuantitativo del efecto Doppler con ondas electromagnéticas, y su empleo para determinar la velocidad de un móvil. Emisor de microondas con antena de bocina y alimentador de 9V,detector con antena de bocina y medidor incorporado, polarizador de rejilla con soporte, osciloscopio digital y elementos mecánicos del montaje.

Material:

1. INTRODUCCIÓN Se dispone en esta práctica de un emisor y un detector de microondas de 10.5 GHz, o sea de ondas electromagnéticas de 2.9 cm de longitud de onda. Esta radiación electromagnética nos va a permitir abordar varias experienciasrelacionadas con la polarización y sus efectos, así como el efecto Doppler. Para ello esta práctica tiene una primera parte en la que se miden algunas características generales de la radiación electromagnética disponible en nuestro montaje experimental. Posteriormente, en una segunda parte, se estudiará un polarizador de microondas formado por un conjunto de varillas metálicas delgadas, alineadasparalelamente en un plano y uniformemente espaciadas. Este estudio permite determinar el estado de polarización de la radiación disponible. Finalmente abordaremos el estudio del efecto Doppler por reflexión en un objeto en movimiento, lo que nos permitirá medir la velocidad de dicho objeto.

1.1 DIAGRAMA DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA DE BOCINA En esta práctica vamos a usar como emisor y receptor demicroondas antenas de bocina, por lo que vamos a dedicar un estudio detallado al estudio de estas antenas. Una antena de bocina es un emisor de ondas electromagnéticas que se utiliza habitualmente en la región de las microondas. La teoría de radiación por aberturas es el fundamento básico para analizar las características radiantes de las antenas de abertura; esta teoría esta fuera del alcance de estecurso, aunque en la asignatura de Óptica se dan algunos fundamentos básicos de la teoría de difracción por aberturas. Desde un punto de vista básico, podemos considerar que una antena de abertura radia ondas planas en todas las direcciones del espacio; estas ondas planas tienen diferente amplitud. La representación gráfica de la potencia transportada por estas ondas en las diferentes direccionesdel espacio constituye un elemento fundamental para caracterizar una antena. A esta representación se le denomina diagrama de radiación de la antena. El diagrama de radiación es habitualmente una representación en tres dimensiones (θ,φ,P): en el plano (θ,φ) se representa la dirección que deseamos caracterizar, y la coordenada Z asociada a ese punto representa la potencia transportada por la ondaemitida en esa dirección (P). Así pues, el diagrama de radiación de una antena nos permite visualizar la forma en que la antena distribuye la energía en todas las direcciones del espacio. Habitualmente se representan dos cortes de este diagrama de radiación, con lo que evitaremos tener que usar gráficos tridimensionales; estos planos - para el tipo de antena que nos ocupa - son los planos quecontiene al campo eléctrico (plano E), y el que contiene al campo magnético (plano H). El diagrama de radiación de una antena de abertura está íntimamente relacionado con la distribución del campo electromagnético en su abertura. La teoría de radiación por aberturas demuestra que el diagrama de radiación de una antena es la transformada de Fourier del campo

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electromagnético que existe en laabertura radiante. Para el caso que nos ocupa, el campo electromagnético en la abertura de la antena es de la forma (ver Figura 1):

→

⎛π ⎞ → E abertura = E0 cos⎜ x ⎟ u y ⎝a ⎠

; −a/2 ≤ x ≤ a/2

(1)

donde E0 es la amplitud del campo eléctrico del campo en la abertura.

y

b x

a
Figura 1. Campo eléctrico en la abertura de una antena de bocina.

Calculando la transformada de...