sábado, 26 de junio de 2010
Case study: Applet for wire interconnects as radiators
Electromagnetic wave transmission
The transmission of electrical energy by wires, the broadcasting of radio signals, and the phenomenon of visible light are all examples of the propagation of electromagnetic energy. Electromagnetic energy travels in the form of a wave. Its speed of travel is approximately 3 × 108 m/s (186,000 mi/s) in a vacuum and is somewhat slower than this in liquid and solid insulators. An electromagnetic wave does not penetrate far into an electrical conductor, and a wave that is incident on the surface of a good conductor is largely reflected. See also Electromagnetic wave.
Electromagnetic waves originate from accelerated electric charges. For example, a radio wave originates from theoscillatory acceleration of electrons in the transmitting antenna. The light that is produced within a laser originates when electrons fall from a higher energy level to a lower one.
The waves emitted from a source are oscillatory and are described in terms of frequency of oscillation. The method of generating an electromagnetic wave depends on the frequency used, as do the techniques of transmitting the energy to another location and utilizing it when it has been received. Communication of information to a distant point is generally accomplished through the use of electromagnetic energy as a carrier.
The illustration shows the configuration of the electric and magnetic fields about a short vertical antenna in which flows a sinusoidal current. The picture applies either to an antenna in free space (in which case the illustration shows only the upper half of the fields), or to an antenna projecting above the surface of a highly conducting plane surface. In the latter case the conducting plane represents to a first approximation the surface of the Earth. The fields have symmetry about the axis through the antenna. For pictorial simplicity only selected portions of the fields are shown in this illustration. The magnetic field is circular about the antenna, is perpendicular at every point to the direction of the electric field, and is proportional in intensity to the magnitude of the electric field, as in a plane wave. All parts of the wave travel radially outward from the antenna with the velocity equal to that of a plane wave in the same medium.
Often it is desired to concentrate the radiated energy into a narrow beam. This can be done either by the addition of more antenna elements or by placing a large reflector, generally parabolic in shape, behind the antenna. The production of a narrow beam requires an antenna array, or alternatively a reflector, that is large in width and height compared with a wavelength. The very narrow and concentrated beam that can be achieved by a laser is made possible by the extremely short wavelength of the radiation as compared with the cross-sectional dimensions of the radiating system.
The ground is a reasonably good, but not perfect, conductor; hence, the actual propagation over the surface of the Earth will show a more rapid decrease of field strength than that for a perfect conductor. Irregularities and obstructions may interfere. In long-range transmission the spherical shape of the Earth is important. Inhomogeneities in the atmosphere refract the wave somewhat. For long-range transmission, the ionized region high in the atmosphere known as the Kennelly-Heaviside layer, or ionosphere, can act as a reflector. See also Radio-wave propagation.
When an electromagnetic wave is introduced into the interior of a hollow metallic pipe of suitably large cross-sectional dimensions, the energy is guided along the interior of the pipe with comparatively little loss. The most common cross-sectional shapes are the rectangle and the circle. The cross-sectional dimensions of the tube must be greater than a certain fraction of the wavelength; otherwise the wave will not propagate in the tube. For this reason hollow waveguides are commonly used only at wavelengths of 10 cm or less (frequencies of 3000 MHz or higher). A dielectric rod can also be used as a waveguide. Such a rod, if of insufficient cross-sectional dimensions, can contain the electromagnetic wave by the phenomenon of total reflection at the surface. See also Waveguide.
Electromagnetic energy can be propagated in a simple mode along two parallel conductors. Such a waveguiding system is termed a transmission line. Three common forms are the coaxial cable, two-wire line, and parallel strip line. As the wave propagates along the line, it is accompanied by currents which flow longitudinally in the conductors. These currents can be regarded as satisfying the boundary condition for the tangential field at the surface of the conductor. The conductors have a finite conductivity, and so these currents cause a transformation of electrical energy into heat. The energy lost comes from the stored energy of the wave, and so the wave, as it progresses, diminishes in amplitude. The conductors are necessarily supported by insulators which are imperfect and cause additional attenuation of the wave. See also Coaxial cable; Transmission lines.
Electromagnetic wave observation system
The Definition of ElectroMagnetic Compatibility
Protección frente a transitorios de tensión
Descargas Electrostáticas “ESD”
Apantallamiento Electromagnético Producido Por Cilindros Conductores Huecos
viernes, 25 de junio de 2010
EL DESCUBRIMIENTO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS, SUSTENTO PARA LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA
El descubrimiento que revolucionó la comunicación telegráfica y telefónica fue la aplicación de la radioelectricidad a estos dos tipos de telecomunicación a finales del siglo XIX, mismo que permitió la transmisión telegráfica inalámbrica, facilitó la comunicación entre largas distancias y ahorró la construcción de extensas redes de hierro galvanizado o cobre. Hasta el siglo referido, prevalecía aún la idea newtoniana de la luz como emisión de partículas de un foco emisor; cuando se superó ese paradigma de la física, aparecieron descubrimientos sucesivos que sentaron las bases para la telegrafía y la telefonía sin hilos.
El físico británico James C. Maxwell (1831-1879) formuló la teoría electromagnética de la luz señalando su carácter ondulatorio, es decir su transmisión a través de ondas invisibles para el ojo humano. Estableció que los campos eléctrico y magnético, actuando juntos, producían una nuevo tipo de energía llamada radiación. En 1873 publicó el Tratado sobre electricidad y magnetismo, que se reconoce ahora como el origen de la actual teoría electromagnética. Posteriormente, el alemán Heinrich R. Hertz (1857-1894), entre 1885-1889, comprobó por la vía experimental la existencia de las ondas electromagnéticas. Con el descubrimiento de estas ondas que viajan en el espacio, se ideó la forma de producirlas y recibirlas a través de aparatos que aprovecharan los fenómenos eléctricos que la física había descubierto.
Diez años antes de que Hertz comprobara la existencia de las ondas electromagnéticas, el italiano Guillermo Marconi (1874-1937) consiguió el 2 de junio de 1891 una patente para la telegrafía sin hilos. Marconi se había concentrado en la idea de utilizar dichas ondas para transmitir señales a través del espacio. Construyó un aparato con el objeto de conectar al transmisor y receptor con una antena y a la tierra. En junio de 1896 transmitió el primer mensaje radiotelegráfico hallándose el receptor a 250 metros del emisor y separados por muros. Para 1897 logró comunicaciones más lejanas cuando transmitió un telegrama a una distancia de nueve millas entre las ciudades de Lavernock y Brean Down, en Italia. Con ello, las ondas hertzianas posibilitaron la comunicación inalámbrica entre los hombres.
La comunicación inalámbrica maravilló al mundo. Muy pronto todos los barcos de guerra fueron provistos de aparatos de radiotelegrafía, empezaron a recibir noticias de lo que ocurría en el mundo, y en 1904 los grandes trasatlánticos ya imprimían diariamente periódicos a bordo. En 1907 comenzó a funcionar un servicio transocéanico para radiogramas. Pero esto nada más era telegrafía. Aún no existía la radiotelefonía tal como se conoce hoy, es decir, no había en las casas aparatos pequeños por los que se pudiera escuchar música.
Lo que posibilitó la introducción de radiotelefonía en los hogares fue la transición, dentro del campo de las ondas electromagnéticas, del telégrafo al teléfono. El primer paso para lograr que la radiotelegrafía se convirtiera en radiotelefonía fue el invento de la válvula, el bulbo y el micrófono. El micrófono se necesitaba para poner los sonidos "en el aire", y el bulbo para ponerlos y sacarlos. El micrófono modula las ondas radiotelefónicas enviadas, mientras que el tubo rectifica y aumenta la débil corriente radiotelefónica recibida, hasta lograr reproducir los sonidos en un auricular o un altoparlante. Con estos adelantos, para 1908 fue posible sostener una conversación radiotelefónica entre Roma y Sicilia, a una distancia de 500 kilómetros, aproximadamente.
Los científicos que contribuyeron a hacer realidad este medio de telecomunicación, quizá nunca pensaron que sus descubrimientos serían la base para el despegue y desarrollo posterior de grandes industrias lucrativas como la telefonía sin hilos, la navegación marítima, la transportación aérea, la comunicación por satélite y la conquista espacial.
La capacidad para mover información a la velocidad de la luz mediante el telégrafo trajo consigo la expansión e integración de los mercados, por la reducción de los costos de transacción y el fácil movimiento de capitales. También hizo posible el desarrollo de instituciones modernas como la bolsa de valores, las aseguradoras y servicios de información.
En Estados Unidos así como en otros países las líneas telegráficas se tendieron sobre las vías de los ferrocarriles, lo que trajo beneficios para ambas empresas. La administración y operación de los ferrocarriles se volvió más eficaz por la provisión de despachos eléctricos con información sobre la localización de cada tren o del estado de sus vías. Los ferrocarriles por su parte dieron a las compañías telegráficas un derecho exclusivo de uso de sus rutas.
Al mismo tiempo que la telegrafía se instauraba como medio eficiente de comunicación, surgieron otros medios más avanzados como el teléfono, la radiotelegrafía, la radiotelefonía y la televisión, para lo cual concurrieron diversas relaciones de carácter técnico, organizativo y económico al grado que los sistemas telegráficos y telefónicos empezaron pronto a compartir redes; e incluso desde la década de los cuarenta de este siglo las compañías telefónicas y telegráficas empezaron a emplear equipos de red similares a gran escala. Asimismo, con la radiocomunicación, la telegrafía sin hilos se convirtió en el medio por excelencia para las comunicaciones internacionales y prácticamente confinó a las redes de cable a uso local.