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Guas de OndasLneas de Transmisin

1TemarioAntecedentesDefinicinAplicacionesFabricacinConceptos generalesInyeccin y extraccin de sealesFrecuencia y tamao de la gua de onda Propagacin de la sealGuas de ondas circularesAccesorios para guas de ondas

2AntecedentesLas lneas de transmisin de campos electromagnticos transversales (lneas de hilos paralelos y coaxiales), no pueden propagar con eficiencia la energa electro-magntica arriba de unos 20 GHz, por las prdidas por radiacin. Se pueden usar tramos cortos de cables coaxiales, de algunos metros o menos, pero para tramos largos se usan otros mtodos de transmisin.3DefinicinEn electromagnetismo y en telecomunicaciones, una gua de onda es cualquier estructura fsica que gua ondas electromagnticas. Una gua de ondas o guaondas, es un tubo conductor hueco, por lo general de corte transversal rectangular, a veces circular o elptico.Las guas de onda son tubos conductores de metal vacos diseados para transportar y contener las ondas electromagnticas de una seal de microondas.4Aplicaciones

Las guas de onda son adecuadas para transmitir seales debido a su bajas prdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de lneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.

5Aplicaciones

Una gua de ondas no conduce corriente en el sentido estricto, sino mas bien sirve como una frontera para confinar la energa electromagntica.Las paredes de la gua de ondas son conductores y, en consecuencia, reflejan la energa en su superficie interior.

6FabricacinLas guas de onda se fabrica de cobre, aluminio o bronce.Estos metales son extruidos en largos tubos rectangulares o circulares.La parte interior de las guas de onda se platean para reducir la resistencia, conservando las prdidas de transmisin en un nivel muy bajo.

7FabricacinTambin se realizan distintos dispositivos en guas de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.

Las guas de onda dielctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra ptica, tiles para transportar informacin de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefnicas y, en general, las redes de datos.

8Conceptos GeneralesSe analizan resolviendo las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones tienen soluciones mltiples, o modos. Etan=0 y Hn=0Los modos de propagacin dependen de la longitud de onda, de la polarizacin y de las dimensiones de la gua. El modo longitudinal de una gua de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad.

9Conceptos GeneralesEn la lnea de transmisin la velocidad de la onda no depende de la frecuencia, solo de la caracterstica del medio dielctrico.En la gua de onda la velocidad vara en funcin de la frecuencia.Hay que distinguir la velocidad de fase, como la velocidad con la cual la onda cambia de fase.Velocidad de grupo es la velocidad a la cual se propaga una onda.

Conceptos GeneralesVph = f Vph = Velocidad de fase (metros por segundo)f = Frecuencia (ciclos por segundo o Hertz) = Longitud de onda (metros por ciclo)Vg Vph = C2Vg = Velocidad de grupo (metros por segundo)C = 3 x 108 (metros por segundo)Conceptos Generalesg = o (Vph/C)g = Longitud de onda en la gua (metros por ciclo)o = Longitud de onda en el espacio libre (metros por ciclo)Vph = Velocidad de fase (metros por segundo)C = 3 x 108 (metros por segundo)Conceptos GeneralesConceptos GeneralesConceptos GeneralesInyeccin y extraccin de seales

Inyeccin y extraccin de sealesPara producir una seal de microondas por una gua de ondas, en el extremos de la gua se introduce un a sonda tipo antena que produce una onda electromagntica, la cual se propaga a travs de la gua de ondas.Los campos elctricos y magnticos se combinan con la seal, rebotan en el interior de las paredes, mientras la seal viaja por la gua de ondas. No hay prdidas por radiacin.Inyeccin y extraccin de sealesLa sonda que alimenta la gua de ondas, es una antena vertical de un cuarto de longitud de onda en la frecuencia de la seal.Los campos elctrico y magntico establecidos por la sonda se propagan por la gua de onda en ngulo recto a los campos de la seal de radio.La posicin de la sonda determina si la seal est polarizada de manera horizontal o verticalInyeccin y extraccin de sealesSe sueles usar aros para introducir un Campo Magntico en la gua de ondas.Dicho campo magntico tambin establece un campo elctrico, el cual se propaga por la gua de ondas.Para extraer las seales de la gua de onda, tambin se usan sondas o aros. Estos inducen una seal que alimentan a otro circuito mediante un cable coaxial corto.Frecuencia y Tamao de la Gua de OndaLas guas de onda rectangulares son las ms usadas, en ellas sus dimensiones ms importantes son: Ancho (a) y altura (b).La frecuencia de operacin de una gua de onda la determina el ancho (a)

Frecuencia y Tamao de la Gua de OndaLa dimensin de la gua de onda tambin se hace a /2, un poco ms bajo de la frecuencia de operacin ms baja.A esta frecuencia se denomina Frecuencia de Corte de la G.O.Por debajo de la Frecuencia de Corte, la gua no transmitir energa.

Frecuencia y Tamao de la Gua de OndaLa gua de onda en realidad es un filtro paso alto, porque solo deja pasar frecuencias por encima de la frecuencia de corte, siendo esta igual a:fco [MHz] = 300 / 2a [m]fco Frecuencia de Corte a Ancho de la gua

fco [Hz] = C [m/s] / 2a [m]

Generalmente el alto (b) de la gua de onda es la mitad del ancho (b = a/2)Frecuencia y Tamao de la Gua de Ondaco [metros por ciclo] = 2a [m]co -> Longitud de onda de cortea -> Longitud de la seccin transversalEl corte se presenta a la frecuencia para la cual la dimensin transversal mxima de la gua, es la mitad de la longitud de onda en el espacio libre.

Propagacin de la SealCuando una sonda o un aro enva energa de una gua de onda, la seal entra en dicha gua en un ngulo tal que los campos elctrico y magntico rebotan en las paredes laterales de la gua de onda a medida que se propaga la seal a travs de la lnea.

Propagacin de la SealUna sonda vertical genera una onda polarizada en forma vertical con un campo elctrico vertical y un campo magntico en ngulo recto con el campo elctrico.Dicho ngulo recto est en ngulo recto con la direccin de propagacin de la onda; por lo que se llama campo elctrico transverso (TE)

Propagacin de la SealEn caso de que el campo magntico es perpendicular a la direccin de propagacin, se denomina campo magntico transverso (TM)

Propagacin de la SealLos ngulos de incidencia y reflexin dependen de la frecuencia de operacin.

Propagacin de la SealConforme la frecuencia de operacin decrece, el ngulo tambin lo hace, y la trayectoria entre los lados se vuelve ms corta.Cuando la frecuencia de operacin alcanza la frecuencia de corte de la gua de onda, la seal solo bota de un lado a otro entre las paredes laterales de la gua de onda. No se propaga energa.Propagacin de la SealLa forma en que los campos elctrico y magntico se propagan en el interior de la gua de onda depende de: El mtodo de acoplamiento de la energa (sonda o aro), De la frecuencia de operacin y Del tamao de la gua de onda.

Propagacin de la SealEl patrn de los campos elctrico (E) y magntico (H) de una gua de onda toma mucha formas. Cada una significa un modo de operacin.E o H debe ser perpendicular a la direccin de propagacin de la onda.

Propagacin de la SealEn el modo TE, el campo elctrico existe a travs de la gua y no hay lnea E que se extiendan en forma longitudinal a lo largo de la gua, los vectores E son perpendiculares a las paredes de la gua.En el modelo TM, las lneas H forman aros en planos perpendiculares a las paredes de la gua y ninguna parte de una lnea H se extiende de manera longitudinal a lo largo de la gua.

Propagacin de la SealCon la designacin de TE y TM se usan subndices para describir mejor los patrones del campo E y H.Una designacin tpica es TEm,n; el primer nmero entero (m) indica la cantidad de patrones de /2 de lneas perpendiculares a la pared de la gua, que existen a lo largo de la dimensin mayor de la gua (seccin a) a travs de la seccin transversal.El segundo nmero (n) indica la cantidad de patrones transversales de /2 que existen a lo largo de la dimensin menor de la gua (seccin b) a travs de la seccin transversal.Si no hay cambio en la intensidad del campo de una dimensin se usa Cero.

Propagacin de la SealEl modo de TE1,0 se llama modo dominante por ser el ms natural.La gua de onda rectangular se suele trabajar dentro de los mrgenes de frecuencia de fco a 2 fco. En caso de trabajarse en modos superiores de propagacin no se acopla bien con la carga, y se provocan reflexiones y creacin de ondas estacionarias.

Propagacin de la Seal

Propagacin de la Seal

Gua de Onda CircularSe usan en radar y en aplicaciones de microondas, cuando hay ventaja de propagar ondas polarizadas vertical y horizontalmente en la misma gua.El comportamiento de las ondas electromagnticas en las guas de onda circulares es igual que las rectangulares.El modo de propagacin TE1,1 es el dominante en las guas de onda circulares, para este modo la longitud de onda de corte es:0 = 1,7 d [metros]d -> dimetro de la gua de onda

Gua de Onda CircularLas guas de onda circulares son mas fcil de fabricar que las rectangulares, y mas fcil de empalmar.Las guas circulares tienen un rea mucho mayor que una rectangular correspondiente, para llevar la misma seal.Otra desventaja de la gua circular es la variacin de la polarizacin mientras la onda se propaga por ella.

Accesorios para guas de ondasUniones de conexinSecciones curvasSecciones TT HibridaTerminacionesCoples direccionalesResonadores de cavidad Circuladores39Accesorios para guas de ondas

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Accesorios para guas de ondasAccesorios para guas de ondas41

Accesorios para guas de ondas42Accesorios para guas de ondas

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