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Step 2 To recognize the electrodynamic and waves applications

Group 203058_24 Alexis Pedroza Selected item 5.

“UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD” School of Basic Sciences, Technology and Engineering Electromagnetic Theory and Waves 2019 16-01

Introduction En el siguiente documento, se desarrollara la temática de la propagación de la onda electromagnética en diferentes medios, analizando así como las condiciones del medio de propagación afectan a la onda y al mismo tiempo a su transmisión, pudiendo observar diferentes clasificaciones de medios que por sus propiedades condicionan la transmisión de la onda electromagnética por estos y analizando diferentes conceptos generados, como atenuación, tangente de perdida, velocidad, refracción y profundidad de penetración.

Developed activity (consolidate) 1. Explain the concept of "loss tangent" applied to electromagnetic wave propagation media, and indicate how it is calculated. La relación entre la corriente de conducción y la de desplazamiento en un medio específico es constante valor depende de los parámetros del medio y de la frecuencia de la señal aplicada.

cuyo

2. According to the "tangent of losses", how can the means of propagation be classified?

3. What concept does each of the means of propagation defined in the previous point have?

4. On what does the propagation velocity of an electromagnetic wave depend? What is the relationship between the speed of propagation and the refractive index of a medium?

La velocidad de fase de las ondas electromagnéticas depende exclusivamente de las propiedades electromagnéticas del medio en donde se propagan y no del desplazamiento relativo entre observadores, lo cual viola claramente las leyes de la mecánica conocidas. Esta observación dio origen a la llamada teoría especial de la relatividad, cuyo enunciado fundamental se publicó, en el año de 1905, por parte de Albert Einstein. La velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío es una constante universal cuyo valor es de:

Velocidad de la onda electromagnética en el vacio, una constante universal igual a la de la luz.

En el caso de dieléctricos perfectos no magnéticos la velocidad de fase es:

Índice de refracción El índice de refracción de una sustancia es la relación existente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de fase de una señal electromagnética en un medio específico. Se representa mediante la letra n.

Debido a que la velocidad de fase en cualquier medio es menor que la velocidad de la luz en el vacío, el índice de refracción de una sustancia es siempre una cantidad mayor o igual que 1. En el caso de dieléctricos perfectos no magnéticos, el índice de refracción queda:

5. What is the penetration depth of an electromagnetic wave in a medium and how can I calculate it? el inverso de la constante de atenuación se denomina profundidad de penetración de la onda δp. Dado que la potencia de una señal es proporcional al cuadrado de su amplitud, cuando la señal decae al 36% de su valor, su potencia decae al 13%.

Como las unidades de la constante de atenuación son Np/m, la profundidad de penetración queda expresada en metros.

Conclusiones Exercises (one per student) 1. Student name: A dissipative medium has the following parameters: 𝜀𝑟 = 3.5, 𝜇𝑟 = 2.2 and 𝜎 = 1.9 𝑆/𝑚

Find the wavelength and the amount of wavelengths that will penetrate a 10MHz signal. 2. Student name: In a medium with the following characteristics, 𝜀𝑟 = 2,5, 𝜇𝑟 = 1.3 and 𝜎 = 1.8𝑥10−3 𝑆/𝑚 find these parameters for a 1GHz signal: a. Loss tangent. b. Propagation constant. c. Phase velocity. d. Wavelength. e. Index of refraction. Explain the meaning of each found value.

3. Student name: An open medium has the following electromagnetic characteristics 𝜀𝑟 = 5.5, 𝜇𝑟 = 1.9 and 𝜎 = 14.6𝑥10−6 𝑆/𝑚 Find the power transmitted by a 200MHz signal with a maximum electric field of 127V/m and find the skin depth of the signal. 4. Student name: For a medium with the same electromagnetic characteristics than the third problem, find the losses per length unit for a 400MHz signal. If the original signal has an electric field of 120Vrms/m. Find the losses in watts when the signal travels 20m in the medium.

5. Student name: Alexis Pedroza For a 400MHz signal, traveling in seawater find the attenuation per length unit. How long does the signal have to travel, in order to have an attenuation greater than 3dB?

5. Para una señal de 400MHz, viajando en agua de mar, encuentre la atenuación por unidad de longitud. ¿Cuánto tiempo tiene que viajar la señal para tener una atenuación mayor que 3dB?.

Solucionando: 1. Tangente de Perdidas:

Siendo: Ɛ0= 8,8541878 x 10-12 Ɛr = 80 Ɛ = Ɛr * Ɛ0 = 708,33 x 10-12 𝑓 = 4x108 Hz 𝜔 = 2𝜋 ∗ 𝑓 = 8𝜋 ∗ 108 𝜎=4 𝜔 ∗ 𝜖 = 1.78

tan(𝛿) =

4 = 2.25 1.78

Tan(Ᵹ ) = 2.25

tan−1 (2.25) = 66,040

Para este ejercicio tenemos un medio dieléctrico disipativos.

Calculo de permeabilidad: 𝝁 = 𝝁𝒓 ∗ 𝝁𝟎

𝝁𝟎 = 𝟏, 𝟐𝟓𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟔 𝝁𝒓 = 𝟏

𝝁 = 𝟏, 𝟐𝟓𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟔

Obteniendo la propagación Constante, para dieléctrico disipativos. 𝑟 = √𝑗𝜔𝜇(𝜎 + 𝑗𝜔𝜀) 𝜔𝜀 = 1.78 𝜔𝜇 = (1.257𝑥10−6 )𝑥 (25.133𝑥108 ) = 3158,841

𝑟 = √3158.841𝑗(4 + 1.78𝑗)

Siendo A= 64.059 atenuación constante. B= 98.62 i

Se tiene: 𝛼 = 64,059 𝛽 = 98.62 𝑖

para la atenuación constante.

La atenuación en decibeles por unidad de longitud queda de la siguiente manera: 𝛼

𝑑𝐵 𝑑𝐵 𝑑𝐵 = −8.68𝛼 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝛼 = −556.032 𝑚 𝑚 𝑚

Para tener una atenuación mayor de -3dB, la señal debe recorrer una distancia de: 𝛼

𝑑𝐵 𝑥 = −3𝑑𝐵 𝑚

𝑥=

−3𝑑𝐵 −3𝑑𝐵 = = 5.39𝑥10−3 𝑚 𝑑𝐵 556.032𝑑𝐵 𝛼 − 𝑚 𝑚

Conclusions (one per student) Conclusion 1: Student name Conclusion 2: Student name

21/5000 (one per student)

Conclusion 3: Student name Conclusion 4: Student name Conclusión 5: Alexis Pedroza, los medios físicos donde se propaga o transmite una señal u onda, influyen en la señal de todas las formas, pudiendo afectar el tiempo de transmisión, los datos transmitidos y la distancia de recepción de la misma. Por lo tanto, analizar esto permite que la transmisión de señales en las comunicaciones electrónicas sea efectiva y se conozca con anterioridad sus limitaciones. Pudiendo conocer el campo de cobertura y todas sus atenuaciones. ... The conclusions should be written with their own words and should focus on the concepts explored, learned, discovered and practiced in the development of the activity, it is suggested to present a conclusion by topic, the result of learning obtained as evidence of conceptual assimilation. To obtain a good writing it is suggested to read the written several times, correcting and adjusting the text until obtaining a clear and coherent postulate. Avoid superficiality and simplicity.

References (one per student) Bibliography 1: Student name Bibliography 2: Student name Bibliography 3: Student name Bibliography 4: Student name Bibliography 5: Alexis Pedroza, Alejandro paz parra, 2013. Electromagnetismo para ingeniería electrónica, campos y ondas. Pp(197-243).Colombia: javeriana. https://es.pdfcoke.com/document/364143165/Electromagnetismo-Para-Ingenieria-ElectronicaCampos-y-Ondas-1ra-Edicion-Alejandro-Paz-Parra … Examples: Ebook. Surname, A. (Year). Title of the book. (pp. xx-xx). Country: Editorial. Retrieved from http: // ... Chapter of an electronic book. Surname, A., and Surname, B. (Year). Title of the chapter or the entry. Title of the book (pp. Xx-xx). City, Country: Editorial. Retrieved from http: // ... Internet video. Surname, N. (Year). Title of the video Video server [Video]. Retrieved from http: // ...