Unida 3

Matriz de dispersión

Los parámetros de dispersión son los coeficientes de reflexión y transmisión entre laonda incidente y la reflejada. Estos parámetros describen completamente elcomportamiento de un dispositivo bajo condiciones lineales en determinado rango defrecuencia. Cada parámetro es caracterizado por magnitud, decibeles y una fase.

A pesar de ser aplicables a cualquier frecuencia, los parámetros S son usadosprincipalmente para redes que operan en radiofrecuencia (RF) y frecuencias demicroondas. En general, para redes prácticas, los parámetros S cambian con la frecuencia ala que se miden, razón por la cual ésta debe especificarse para cualquier medición deparámetros-S, junto con la impedancia característica o la impedancia del sistema.

En el contexto de los parámetros-S, dispersión se refiere a la forma en que lascorrientes y tensiones que se desplazan en una línea de transmisión son afectadas cuandose encuentran con una discontinuidad debida por la introducción de una red en una líneade transmisión. Esto equivale a la onda encontrándose con una impedancia diferente de laimpedancia característica de la línea.

La descripción de los parámetros es la siguiente:

1: Coeficiente de reflexión a la entrada.2: Coeficiente de transmisión o ganancia con la tensión en directa.3: Coeficiente de reflexión a la salida.4 :Coeficiente de transmisión o ganancia con la tensión en reversa. 5:Para que esto sea valido las impedancias en el puerto de entrada y salida deben serlas mismas.

Unidad 4

Medios Anisotropicos

La anisotropía (opuesta de isotropía) es la propiedad general de la materia según la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.1 Algo anisótropo podrá presentar diferentes características según la dirección. La anisotropía de los materiales es más acusada en los sólidos cristalinos, debido a su estructura atómica y molecular regular.

En un sentido más general, se habla de anisotropía cuando se produce cualquier cambio de escala de una figura o un cuerpo, como en un gráfico x-y, con factores distintos (o en dependencia de una función) en cada coordenada.

4.1 Composicion y comportamiento de los medios anisotropicos ante las microondas

Los anisotrópicos están compuestos por cristales anisótropos y polarizadores dicroicos.Cristales anisótropos: La anisotropía de estos medios está relacionada con su estructura cristalina. La constante dieléctrica, ε, que en los medios isótropos es un escalar, en los cristales anisótropos es un tensor. Debido a ello en estos medios se produce el fenómeno de la birrefringencia o doble refracción. Un cristal birrefringente, como la calcita o el cuarzo, separa los haces de luz monocromática en dos haces con polarizaciones ortogonales entre sí y que en general se propagan en direcciones diferentes y con distintos índices de refracción (o lo que es lo mismo, distintas velocidades). Dependiendo de si el medio es uniáxico o biáxico, habrá una o dos direcciones (ejes ópticos) para las cuales los dos haces se propagarán paralelos y a la misma velocidad

Polarizadores: Para polarizar la luz en el visible se suelen emplear dos tipos de polarizadores: los polarizadores dicroicos y los polarizadores birrefringentes.

Los primeros están hechos de láminas de materiales dicroicos, que se caracterizan por tener un coeficiente de absorción muy elevado en una determinada dirección (eje de absorción) y prácticamente

nulo en la dirección perpendicular (eje de transmisión). Estos polarizadores se suelen denominar polaroides, son de reducido coste y se pueden fabricar en láminas de hasta 1 m

de diámetro. Su principal desventaja está en que el grado de polarización de la luz que producen depende de la longitud de onda.Comportamiento De Los Medios Anisotripicos:Las aleaciones corrientes están constituidas por millones de pequeños cristales y, si están orientados al azar, las propiedades medias son las mismas en todas las direcciones, esto hace que el material sea isótropo. Sin embargo, como resultado de los procesos de colada, laminado o tratamientos térmicos, es posible que los granos de una barra policristalina adopten una orientación casi idéntica en cuyo caso la barra presentará un comportamiento anisótropo que, por ejemplo, puede hacer aumentar en gran medida su rigidez en una dirección.

4.2 Comportamiento y características de las ferritas

Entre las más comunes formaciones rocosas y minerales, para los estudios del magnetismo, se encuentran las ferritas las cuales en su mayoría son espinelas inversas de formula AFe2O4, en la espinela inversa los iones A ocupan huecos octaédricos y los Fe³+ están repartidos al 50% entre huecos octaédricos y tetraédricos. Entre las ferritas mas comunes están las ferritas hexagonales, los granates y las ferritas cúbicas.

Las ferritas cúbicas poseen la estructura de espinela, estas pueden tener la configuración de “espinela normal” o “espinela inversa”, aquellas que poseen estructura de espinela normal son antiferromagnéticas, donde el momento magnético de spin de los huecos octaédricos se anulan; entre ellas se encuentran la ferrita de cinc y cadmio (A2+−)[Fe23+↑↓]O4, las que poseen estructura de espinela inversa son ferrimagnéticas, el ferrimagnetismo es un termino propuesto por Louis Néel, el sugirió que un momento magnético de spin en un sitio tetraédrico esta alineado de forma antiparalela a un momento magnético de spin en un sitio octaédrico.Donde la magnetización total es dada por la diferencia en las magnetizaciones de los cationes en los dos sitios, donde el momento magnético de spin de B = Fe3+ se anulan entre sí y no contribuyen a la magnetización del sólido. Todos los cationes de A2+ tienen sus momentos magnéticos alineados en la misma dirección y su momento total es el responsable de la magnetización neta del material. Por consiguiente, la magnetización de saturación de un sólido ferrimagnético puede ser calculada a partir del producto del momento magnético del espín de cada catión A2+ y el número de cationes de A2+, donde se encuentran ferritas como magnesio, manganeso, cobre, níquel, hierro, entre otros; (Fe3+↓)[A2+↑Fe3+↑]O4.

Algo particular en las ferritas de estructura de espinela inversa, es que se puede aumentar la magnetización de saturación sustituyendo de forma parcial los sitios tetraédricos donde se encuentra los cationes Fe3+ por cationes Zn2+, el Zn2+ no es magnético, como resultado la

magnetización de saturación aumentara ya que ahora el momento magnético de spin de los huecos octaédricos Fe3+ se suma a la de los cationes A2+ de los huecos octaédricos, sin embargo a un 40 % de sustitución, la magnetización de saturación comienza a decaer.

4.3Efectos de las ferritas polarizadas sobre la propagación de microondas

Existen dos grandes ámbitos de aplicación de las ferritas, el primero de ellos está estrechamente relacionado con la tecnología de microondas. Existe una creciente demanda del mercado de dispositivos de procesado de señales en sistemas de radar y en aparatos de comunicación y consumo doméstico. La tecnología de microondas se desplaza progresivamente hacia frecuencias más altas y mayores anchos de banda. En este terreno es esencial disponer de materiales no conductores para asegurar la total penetración de los campos electromagnéticos evitando interferencias y absorciones no deseadas. Los óxidos ferrimagnéticos combinan las propiedades de un material magnético con las de un aislante eléctrico y se presentan como una excelente opción debido a su muy alta resistencia específica, una remarcable flexibilidad a la hora de modular sus propiedades magnéticas, su relativa facilidad de obtención y un interesante precio de coste.

Las ferritas presentan un comportamiento no-recíproco, es decir existe una marcada anisotropía de las propiedades eléctricas, como por ejemplo la constante dieléctrica, en función de la dirección de propagación de la onda. Esta peculiaridad divide a los dispositivos de microondas en dos clases, aquellos en que esta anisotropía juega un papel esencial para su funcionamiento (dispositivos no-recíprocos) y el resto.

Como ejemplos de dispositivos recíprocos o magnetoestáticos existen sistemas de control de señal como atenuadores variables, interruptores, variadores de fase, y especialmente filtros de radiofrecuencia. El gran desarrollo que han sufrido las comunicaciones, así como la tendencia actual a utilizar sistemas sin cables ha llevado a que el espectro electromagnético se encuentre saturado. Se multiplica la probabilidad de que existan interferencias que deben ser filtradas o incluso surge la necesidad de apantallar equipos e instalaciones. De nuevo las ferritas aparecen como una excelente opción puesto que puede escogerse, prácticamente a voluntad, qué región del espectro debe ser eliminada. Además, los óxidos cerámicos pueden ser utilizados en forma de capa fina e incluso como una pasta que puede ser pintada de forma que ni el peso ni las dimensiones del dispositivo se vean prácticamente alterados.

Las aplicaciones no-recíprocas, por su parte, son las que centran mayor atención puesto que, a diferencia de los dispositivos magneto-estáticos, no tienen un elemento semiconductor que presente propiedades similares y, por tanto son los únicos materiales accesibles hoy día. En general, se trata de circuladores y aislantes de señal ampliamente

utilizados en telefonía móvil y que permiten que un mismo equipo trabaje al mismo tiempo como receptor y como emisor.

En los usos no relacionados con las microondas, se destaca la utilización de ferritas como catalizadores, resonadores magnetomecánicos, transductores transformadores y especialmente aquellas aplicaciones relacionadas con las propiedades magnéticas del material. En este último caso se suele clasificar a las ferritas en función de su comportamiento B/H (magnetización/campo aplicado) y en concreto con la forma que presenta su ciclo de histéresis.

Klystron Reflex

En la klistrón reflejo, el haz de electrones pasa a través de una única cavidad resonante. Los electrones son disparados en un extremo del tubo por un cañón de electrones. Tras pasar a través de la cavidad resonante se reflejan por un electrodo reflector cargado negativamente por otro pase a través de la cavidad, en el que se recogen a continuación. El haz de electrones es la velocidad modulada cuando se pasa primero a través de la cavidad. La formación de paquetes de electrones se lleva a cabo en el espacio de la deriva entre el reflector y la cavidad.

La tensión en el reflector debe ajustarse de modo que el agrupamiento se encuentra en un máximo como el haz de electrones vuelve a entrar en la cavidad de resonancia, lo que garantiza un máximo de la energía se transfiere desde el haz de electrones a las oscilaciones de RF en la cavidad.

La tensión siempre debe estar encendido antes de proporcionar la entrada a la klistrón reflejo como sería destruida toda la función de la klistrón refleja si el suministro se proporciona después de la entrada. La tensión de reflector puede ser variado ligeramente desde el valor óptimo que resulta en alguna pérdida de potencia de salida, sino también en una variación en la frecuencia. Este efecto se utiliza para buena ventaja para control automático de frecuencia en los receptores y en la modulación de frecuencia para los transmisores. El nivel de la modulación aplicada por la transmisión es suficientemente pequeño para que la salida de potencia esencialmente permanece constante. En regiones lejos de la tensión óptima, no hay oscilaciones se obtienen en absoluto. El tubo se llama klystron reflex ya que repele el suministro de insumos o realiza la función opuesta de un klystron.

A menudo hay varias regiones de tensión donde el reflector klistrón reflejo oscilará; éstos se denominan modos. El rango de ajuste electrónico del klystron reflejo se refiere generalmente como la variación en la frecuencia entre los puntos: los puntos de potencia

media en el modo oscilante en la salida de potencia es media la potencia máxima en el modo de espera. La frecuencia de oscilación es dependiente de la tensión de reflector y variando este proporciona un método crudo de la frecuencia de la modulación de la frecuencia de la oscilación, aunque con el acompañamiento de modulación de amplitud también.La tecnología de semiconductores moderna ha reemplazado efectivamente el klystron reflejo en la mayoría de las aplicaciones.

Klystron Multicavidad

En todos los klistrones modernas, el número de cavidades sea superior a dos. Un mayor número de cavidades puede ser utilizado para aumentar la ganancia de la klistrón, o para aumentar el ancho de banda.Afinación de una klystron

Algunos klystrons tienen cavidades que se pueden sintonizar. Sintonización de klystron es un trabajo delicado, que si no se hace correctamente, puede causar daños al equipo o lesiones al técnico. Por ajuste de la frecuencia de cavidades individuales, el técnico puede cambiar la frecuencia de funcionamiento, la ganancia, de potencia de salida, o ancho de banda del amplificador de. El técnico debe tener cuidado de no exceder los límites de las graduaciones, o dañar la klystron pueden resultar.

Los fabricantes suelen enviar una tarjeta con las calibraciones únicos para las características de rendimiento de un klystron, que enumera las graduaciones que se establezcan para alcanzar cualquiera de un conjunto de frecuencias de la lista. No hay dos klistrones son exactamente idénticos, y por lo que cada tarjeta es específico de la unidad individual. Klistrones tienen números de serie de cada uno de ellos para identificar de forma única cada unidad y para las cuales los fabricantes pueden tener las características de rendimiento de una base de datos. Si no, la pérdida de la tarjeta de calibración puede ser un problema insoluble económicamente, haciendo que el klystron inutilizable o realizar marginalmente no sintonizados.

Otras precauciones tomadas al sintonizar una klystron incluyen el uso de herramientas no ferrosos. Algunos klystrons emplean imanes permanentes. Si un técnico utiliza herramientas férreos, y se acerca demasiado a los intensos campos magnéticos que contienen el haz de electrones, una herramienta puede ser dentro de la unidad por la fuerza magnética intensa, rompiendo los dedos, hiriendo el técnico, o dañar la unidad. Herramientas no magnéticas ligeros especiales de aleación de berilio se han utilizado para la sintonización klystrons de la Fuerza Aérea de Estados Unidos.

Precauciones se toman habitualmente en el transporte de dispositivos klystron en los aviones, ya que el intenso campo magnético puede interferir con los equipos de navegación magnética. Embalajes especiales están diseñados para ayudar a limitar este campo "en el campo", y por lo tanto permiten que estos dispositivos sean transportados con seguridad.

Klystron óptico

En un klystron óptico de las cavidades se reemplazan con onduladores. Se necesitan muy altos voltajes. El cañón de electrones, se siguen utilizando el tubo de deriva y el colector.Floating klystron tubo de deriva

El klystron tubo de deriva flotante tiene una cámara cilíndrica única que contiene un tubo central aislado eléctricamente. Eléctricamente, esto es similar a la de dos cavidades klistrón oscilador con un montón de retroalimentación entre las dos cavidades. Los electrones salen de la cavidad fuente son la velocidad modulada por el campo eléctrico a medida que viajan a través del tubo de deriva y emergen en la cámara de destino en racimos, la entrega de potencia a la oscilación en la cavidad. Este tipo de klistrón oscilador tiene una ventaja sobre el klistrón de dos cavidades, en el que se basa. Sólo se necesita un elemento de sintonización para efectuar cambios en la frecuencia. El tubo de deriva está aislada eléctricamente de las paredes de la cavidad y polarización de corriente continua se aplica por separado. La polarización en corriente continua en el tubo de deriva puede ser ajustado para alterar el tiempo de tránsito a través de ella, permitiendo así que algunos de sintonización electrónica de la frecuencia de oscilación. La cantidad del ajuste de esta manera no es muy grande y se utiliza normalmente para la modulación de frecuencia cuando se transmite.Coleccionista

Luego de la energía de RF ha sido extraída de la haz de electrones, el haz se destruye en un colector. Algunos klistrones incluyen colectores deprimidas, que recuperan energía del haz antes de la recogida de los electrones, el aumento de la eficiencia. Colectores Multistage deprimidas mejoran la recuperación de energía por "ordenar" los electrones en los contenedores de la energía.

Aplicaciones

Klistrones pueden producir salidas de potencia de microondas mucho más altas que los dispositivos de microondas de estado sólido como los diodos Gunn. En los modernos sistemas, se utilizan de UHF a través de cientos de gigahertz. Klistrones se pueden encontrar en el trabajo en el radar, de satélite y de comunicaciones de alta potencia de banda ancha, la medicina y la física de alta energía. En SLAC, por ejemplo, klystrons se

emplean habitualmente, que tiene salidas en el rango de 50 megavatios y de 50 kilovatios a 2856MHz.

¿Cómo funciona?

Klistrones amplifican las señales de RF mediante la conversión de la energía cinética en un haz de electrones de CC en potencia de radiofrecuencia. Un haz de electrones se produce mediante un cátodo termoiónico, y se aceleró por los electrodos de alta tensión. Este haz se hace pasar entonces a través de un resonador de cavidad de entrada. La energía de RF es alimentada dentro de la cavidad de entrada en o próximas a su frecuencia de resonancia de producir una tensión que actúa sobre el haz de electrones. El campo eléctrico hace que los electrones montón: electrones que pasan a través de un campo eléctrico durante opuestos son acelerada y posteriormente electrones son frenados, haciendo que el haz de electrones previamente continua para formar racimos en la frecuencia de entrada. Para reforzar el agrupamiento, un klystron puede contener cavidades "agrupador" adicionales. La corriente de RF transportada por el haz producir un campo magnético de RF, y esto a su vez excita un voltaje a través de la brecha de cavidades resonantes posteriores. En la cavidad de salida, la energía de RF está acoplado a cabo desarrollado. El haz de electrones pasado, con una reducción de la energía, es capturado en un colector.Para hacer un oscilador, la cavidad de salida puede estar acoplado a la cavidad de entrada con un cable coaxial o guía de ondas. La retroalimentación positiva excita oscilaciones espontáneas en la frecuencia de resonancia de las cavidades.

Oscilador gunn

El diodo Gunn es un tipo de diodo usado en la electrónica de alta frecuencia. A diferencia de los diodos ordinarios construidos con regiones de dopaje P o N, solamente tiene regiones del tipo N, razón por lo que impropiamente se le conoce como diodo. Existen en este dispositivo tres regiones; dos de ellas tienen regiones tipo N fuertemente dopadas y una delgada región intermedia de material ligeramente dopado. Cuando se aplica un voltaje determinado a través de sus terminales, en la zona intermedia el gradiente eléctrico es mayor que en los extremos. Finalmente esta zona empieza a conducir esto significa que este diodo presenta una zona de resistencia negativa.

La frecuencia de la oscilación obtenida a partir de este efecto, es determinada parcialmente por las propiedades de la capa o zona intermedia del diodo, pero también puede ser ajustada exteriormente. Los diodos Gunn son usados para construir osciladores en el rango de frecuencias comprendido entre los 10 Gigahertz y frecuencias aún más altas (hasta Terahertz). Este diodo se usa en combinación con circuitos resonantes construidos con guías de ondas, cavidades coaxiales y resonadores YIG (monocristal de granate Itrio y

hierro, Yttrium Iron Garnet por sus siglas en inglés) y la sintonización es realizada mediante ajustes mecánicos, excepto en el caso de los resonadores YIG en los cuales los ajustes son eléctricos.

Los diodos Gunn suelen fabricarse de arseniuro de galio para osciladores de hasta 200 GHz, mientras que los de nitruro de galio pueden alcanzar los 3 Terahertz.

El dispositivo recibe su nombre del científico británico, nacido en Egipto, John Battiscombe Gunn quien produjo el primero de estos diodos basado en los cálculos teóricos del profesor y científico británico Cyril Hilsum.

Funcionamiento de resistencia positivaEl arseniuro de galio es uno de los pocos materiales semiconductores que en una muestra con dopado tipo N, tiene una banda de energía vacía más alta que la más elevada de las que se encuentran ocupadas parcial o totalmente.

Cuando se aplica una tensión a una placa (tipo N) de arseniuro de galio, los electrones, que el material tiene en exceso, circulan y producen corriente. Si se aumenta la tensión, la corriente aumenta.

Funcionamiento de resistencia negativaSi a la placa anterior se le sigue aumentando la tensión, se les comunica a los electrones una mayor energía, pero en lugar de moverse más rápido, los electrones saltan a una banda de energía más elevada, que normalmente esta vacía, disminuyen su velocidad y, por ende, la corriente. Así, una elevación de la tensión en este elemento causa una disminución de la corriente.

Finalmente, la tensión en la placa se hace suficiente para extraer electrones de la banda de mayor energía y menor movilidad, por lo que la corriente aumentará de nuevo con la tensión. La característica tensión contra corriente se parece mucho a la del diodo o túnel.

Introducción

El siguiente trabajo contiene información que trata sobre las microondas en el ámbito de comunicaciones, equipos y teorías aplicadas en la vida del ser humano como el klyston réflex, el oscilador gunn.Teorías importantes como la matriz de dispersión, medios anisótropos y dispositivos pasivos recíprocos y no recíprocos

Conclusión

los parámetros S son usados principalmente para redes que operan en radiofrecuencia (RF) y frecuencias de microondas .Se refiere a la forma en que las corrientes y tensiones que se desplazan en una línea de transmisión son afectadas cuando se encuentran con una discontinuidad debida por la introducción de una red en una línea de transmisión.

Cuando se refieren a el estudio de los medios de los medio anisotropicos es la propiedad general de la materia según la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.

Los materiales como la ferrita que trabajan con las microondas como materiala no reciprocos que tiene muchas funciones y cualidades que son adaptables según los que se desee utilizar en las microondas.

Los Klistrones tienen la función de producir salidas de potencia de microondas mucho más altas que los dispositivos de microondas de estado sólido través de cientos de gigahertz. . Se pueden encontrar en el trabajo en el radar, de satélite y de comunicaciones de alta potencia de banda ancha, la medicina y la física de alta energía.

Los diodos Gunn son usados para construir osciladores en el rango de frecuencias comprendido entre los 10 Gigahertz y frecuencias aún más altas (hasta Terahertz). Este diodo se usa en combinación con circuitos resonantes construidos con guías de ondas, cavidades coaxiales y resonadores .

Índice

Unida 3

Matriz de dispersión ..........................................................................................................1

Unida 4

Medios antrópicos……………………………………………………………………….....2

4.1 Composición y comportamiento de los medios anisótropicos ante las microondas………………………………………………………………………………………….......2

4.2 Comportamiento y características de las ferritas……………………………………….3

4.3Efectos de las ferritas polarizadas sobre la propagación de microondas…………….….4

Kystron réflex

Kystron réflex………………………………………………………………….5

Klystron Multicavidad…………………………………………………………5

Klystron óptico………………………………………………………………….6

Aplicaciones……………………………………………………………………7

¿Cómo funciona…………………………………………………………………7

Oscilador gunn

Funcionamiento de resistencia positiva……………………………………………………….8

Funcionamiento de resistencia negativa……………………………………………………….8

Bibliografía

http://cienciacatalisislibre.blogspot.com/2010/11/espinelas_05.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Anisotrop%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Gunnhttp://centrodeartigo.com/articulos-noticias-consejos/article_129333.html

Antecedentes

Las microondas fueron predichas por Maxwell en 1864 a partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la construcción de un aparato para generar y detectar ondas de radiofrecuencia. Luego de este gran descubrimiento empezaron a realizarse experimentos e invenciones sobre las microondas.

EL klyston réflex Fue inventada en 1937 por los hermanos Russell y Sigurd Varian quienes estudiaban y trabajaban en la universidad estadounidense de Stanford

En 1951, aparece la tecnología MPC, cuyo significado se puede traducir por circuitos impresos de microondas. Se basaba en la tecnología stripline, que destaca por una línea de configuración planar y un cable coaxial modificado. Destacaban porque eran ligeros, de fácil fabricación y su producción tenía un coste barato. Su sustrato estaba hecho de teflón (PTFE).Mas tarde continuaron experimentando llegaron a una teoría que se llama parametos-s que trata sobre frecuencias altas, bajas coeficiente reflexión ,onda estacionaria y muchas otras características a la hora de transmitir datos.

Se realizaron estudio sobre el comportamiento en algunos materiales como la ferrita y como se comportaba la microondas sobre dicho material .

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