Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Disciplina: Eletromagnetismo Aplicado
LABORATÓRIO DE ELETROMAGNETISMO APLICADO
Propagação de ondas em um guia de onda com terminação em curto-circuito, carga casada e circuito aberto.
Aluno: Rafael Ribeiro de Aquino
Matrícula: 20150121134
Curso: Engenharia Elétrica
Professor: Adaildo Gomes D’Assunção
Natal/RN, 2017
Introdução
Ondas eletromagnéticas 
Em geral, ondas são meios de transportar energia ou informação. As ondas eletromagnéticas (EM) correspondem à resposta do meio devido à oscilação de campos elétricos e magnéticos. As oscilações dos campos elétricos e magnéticos que originam uma onda EM são perpendiculares entre si e podem ser entendidos como a propagação de uma onda transversal.
Ao analisar uma onda eletromagnética, levamos em consideração principalmente a frequência, o comprimento de onda, a velocidade de propagação no meio, a polarização e o modo de propagação.
Figura 1 Propagação de onda eletromagnética.
Banda X
A Banda X nada mais é que uma faixa do espectro de frequência contida no SHF (Super High Frequency), que compreende frequências de 8GHz à 12GHz para operações de radar. A banda X é largamente utilizada em aplicações militares, monitoramento do tempo e controle de tráfego aéreo. Parte da Banda X é destinada à ITU (International Telecommunications Union) exclusivamente para comunicações no espaço, sendo a NASA o principal usuário desse espectro.
Radar
	Radar é uma sigla usada para (Radio Detection And Ranging), este dispositivo permite detectar a localização de objetos por meio da reflexão de ondas eletromagnéticas. O dispositivo consiste em emitir uma onda eletromagnética que é refletida pelo objeto pretendido, ao considerar a velocidade de propagação do sinal emitido e o tempo entre emissão e recepção, é possível deduzir a localização do objeto.
Figura 2 Funcionamento RADAR.
 	
	As ondas eletromagnéticas tomam papel fundamental no funcionamento dos sistemas de RADAR devido à possibilidade de propagação das mesmas em meio inelástico. A detecção de objetos a longas distâncias só é possível graças à baixa atenuação do sinal emitido, aspecto impossível de se realizar caso a propagação do sinal se desse em meio elástico.
Sistemas de Comunicação Sem Fio
	Entende-se por sistema de comunicação o conjunto de equipamentos e materiais, elétricos e eletrônicos, necessários para compor um esquema físico, perfeitamente definido, com o objetivo de estabelecer comunicação entre pelo menos dois pontos distantes.
	Assim como no RADAR, a aplicação de ondas eletromagnéticas em sistemas de comunicação sem fio é justificada devido à baixa atenuação do sistema em meios inelásticos e a possibilidade de trabalhar com frequências elevadas, facilitando a construção de antenas de pequeno comprimento. Isso permite a transmissão de sinais em redes sem fio (wireless) a longas distâncias como ocorre em transmissões de rádio, sistemas de telefonia móvel e wifi.
Objetivos
	A experiência objetivou determinar de modo experimental a frequência, o comprimento de onda e o coeficiente VSWR de uma onda se propagando em um guia de onda retangular.
Equipamentos Utilizados
Válvula Klystron (8GHz – 12GHz): Usada para amplificar sinais de radiofrequência na faixa de UHF até micro-ondas.
Isolador: Usado para evitar interferências em sistemas de comunicação assim como curtos-circuitos no sistema.
Atenuador: Dispositivo eletrônico que diminui a potência de um sinal.
Guia de onda retangular WR90: Dispositivo responsável por guiar a propagação de um sinal eletromagnético em seu interior. Usada para faixa de frequência 8,20-12,20GHz.
Detector: Usado para detectar os pontos de máximo e mínimo ao longo do guia de onda.
Frequencímetro: Equipamento utilizado para detectar a frequência de um sinal.
Carga casada: Para carga casada foi utilizada uma antena tipo “Horn Antenna”.
Curto Móvel: Para curto-circuito utilizamos uma placa metálica.
Suportes: Usados para montagem do sistema.
Procedimento Experimental
O procedimento consistiu em medir com o auxílio do detector os pontos de máximo e mínimo existentes ao longo do guia de onda. Executamos quatro medições, sendo duas de máximo e duas de mínimo, para cada tipo de terminação, LT terminada em circuito aberto, em curto-circuito e em carga casada. Por último, com o auxílio do frequencímetro obtivemos a frequência do sinal propagado no guia de onda.
Resultados
	Terminação do guia fendido
	Posição do 1º mínimo (mm)
	Posição do 2º mínimo (mm)
	Frequência (GHz)
Calculado através da equação 1
	Posição do 1º máximo(mm)
	Posição do 2º máximo(mm)
	Frequência (GHz)
Calculado através da equação 1
	Curto-circuito
	101,5
	124,9
	14,39
	64,9
	108,3
	14,39
	Circuito aberto
	85,8
	108,2
	14,91
	95,5
	119,6
	14,07
	Carga casada
	89,9
	111,1
	15,59
	79,9
	100,9
	15,71
	Frequência (Valo medido com o frequencímetro ou analisador de espectro) em GHz
	14GHz
	Valor do VSWR (Curto Circuito)
	∞
	Valor do VSRW (Circuito Aberto)
	∞
	Valor do VSWR (Carga Casada)
	1
Tabela 1
a = 25,4 mm – 1,3*2= 0,0228 m.
	O comprimento de onda pode ser definido como a distância entre valores repetidos sucessivos em um padrão de onda. Para medição, os valores sucessivos considerados foram os máximos e mínimos de tensão no guia de onda. Observando as posições entre dois máximos consecutivos, é possível obter o comprimento de onda subtraindo os valores correspondentes as suas localizações.
	A frequência do sinal que se propaga no guia pode ser obtida com base no comprimento de onda do sinal e das dimensões físicas do guia de onda. É interessante notar que, segundo as medições, surgiram diferentes valores de frequência em diferentes momentos, entretanto isso não é real, podendo ser justificado pelo erro do operador na medição das posições de máximos e mínimos.
	O coeficiente VSWR pode ser calculado pela equação 2. Considerando o coeficiente de reflexão para curto-circuito, circuito aberto e carga casada igual a -1, 1 e 0 respectivamente, obtemos: VSWR = ∞ para curto circuito; VSWR = ∞ para circuito aberto; VSRW = 1 para carga casada. 
Conclusão
Os resultados obtidos são correspondentes aos resultados esperados. Observamos que os períodos entre os pontos de máximos e mínimos nas três situações (curto-circuito, circuito aberto e carga casada) se aproximam do valor exato, entretanto sofrem pequenas variações que se dão aos erros cometidos durante a medição, logo, a frequência atribuída ao sinal varia de 14,07GHz à 15,59GHz, sendo o valor exato da frequência 14GHz.
Referências:
Ondas Eletromagnéticas. Disponível em: <http://ensinonovo.if.usp.br/universitario-alunos/ondas-eletromagneticas/> Acesso em 21 de abril de 2017.
Super High Frequency. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/Super_high_frequency> Acesso em 21 de abril de 2017.
X band. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/X_band > Acesso em 22 de abril de 2017.
Notas de Aula Eletromagnetismo Aplicado, Professor Adaildo Gomes D’Assunção.