CONCEPTOS BÁSICOS

Intensidad de campo Eléctrico

Es el único vector necesario al analizar la electroestática (Los defectos de cargas

eléctricas estacionarias) en el espacio libre; se define como la fuerza el por unidad

de carga que experimenta una carga de prueba estacionaria muy pequeña al

colocarse en una región donde existe un campo eléctrico. Su unidad es V/m.

Bajo la acción de un campo eléctrico las cargas que se encuentran en un conductor

se ponen en movimiento a fin de equilibrar el campo eléctrico exterior. El campo

eléctrico existe fuera de los materiales conductores y la dirección es normal a la

superficie de éstos. Esto se debe a que el campo eléctrico se distribuye en forma

radial a la carga en el espacio y su arquitectura se deforma en el medio externo

según la distribución de cargas y conductores cercanos.

Intensidad de campo Magnético

Este vector es útil en el estudio de campos magnéticos en medios materiales. Los

fenómenos relacionados con el campo magnético son menos ricos que los

relacionados con el campo eléctrico. Esto se debe a que mientras existan cargas

eléctricas aisladas no existen cargas magnéticas aisladas. Las líneas e campo

magnético deben cerrarse sobre sí mismas. El campo magnético es producido por

materiales ferromagnéticos que se encuentran en estado libre en la naturaleza o por

corrientes de cargas eléctricas. La corriente eléctrica genera un campo magnético

circular y concéntrico con el conductor y que interacciona con cada espira del

solenoide.

Campo Electromagnético (EM)

En un campo electromagnético se describen los efectos que interesan para la

propagación de ondas. Las ecuaciones de maxwell describen el campo

electromagnético. En condiciones reales se requiere una carga exterior (no

electromagnética) para mantener el campo EM. Esta es la base de la transformación

de la energía eléctrica en electromagnética. Una onda electromagnética tiene dos

componentes ortogonales: un campo eléctrico, y perpendicular a éste, un campo

magnético. Estos dos campos pueden ambos ser considerados señales variando

sinusoidalmente perpendicular a cada uno del otro, ambos normal a la dirección de

propagación

Atenuación.

Su unidad es el neper por metro (Np/m). La atenuación en las guías de ondas o

coaxial se produce si los campos electromagnéticos reciben reflexiones en grietas o

ranuras o si la corriente sufre atenuación por resistencia del metal

Periodo de la onda

El periodo de la onda es la longitud de tiempo antes que la onda se repita a sí misma

y puede ser expresada como:

Donde f es la frecuencia (el numero de ciclos en 1segundo, medido en hertz).

Longitud de la onda

Es la distancia entre dos puntos de igual fase, el cual depende del medio en el cual

la señal está viajando y puede ser expresada como:

Donde, v es la velocidad de propagación (m/s) y f es la frecuencia hertz)

Velocidad de propagación

La velocidad de propagación puede ser expresada como:

Donde ε es llamado la permitividad y puede ser expresado como K.ε0; ε0 es la

permitividad del espacio libre (8.854x F/m) y K es la permitividad relativa

Polarización

La polarización de la señal corresponde al plano del vector del campo eléctrico. Si

uno imagina una onda sinusoidal que viaja perpendicularmente a fuera de la página,

la amplitud del vector podría oscilar desde un máximo positivo a través de cero a un

máximo negativo. En este plano, en el vector eléctrico oscila verticalmente y por lo

tanto es polarizado verticalmente. La polarización de la señal es determinada por el

terminal del alimentador. Si una señal es recibida con la polarización opuesta, esto

hace que la señal sea atenuada debido a la polarización cruzada.

Densidad de potencia

Una onda electromagnética transporta energía que puede ser representada como una

densidad de potencia Pd en Watt/

Aterramiento: Es la conexión eléctrica intencionada con la tierra, o su equivalente

y con carácter permanente de las partes metálicas no conductoras (mediante un

elemento conductor de sección suficiente) las cuales pueden encontrarse por

cualquier falla bajo tensión

Desde el punto de vista de la Electrotécnica se llama tierra a la región de la

superficie terrestre, la cual se encuentra en contacto directo con el electrodo por el

que circula la corriente y cuya misión es forzar la derivación al terreno de las

intensidades y en la cual entre dos puntos de la misma no hay diferencia observable

de potencial.

GUÍAS DE ONDAS

Son estructuras que consisten de un solo conductor. La primera guía de onda fue

propuesta por Joseph John Thompson en 1893 y experimentalmente verificada por O. J.

Lodge en 1894. El análisis matemático de los modos de propagación de un cilindro

metálico hueco fue realizado por primera vez por Lord Rayleigh en 1897. Dependiendo de

la frecuencia, se pueden construir con materiales conductores o dieléctricos.

Generalmente, cuanto más baja es la frecuencia, mayor es la guía de onda. Por

ejemplo, el espacio entre la superficie terrestre y la ionosfera la atmósfera actúa como una

guía de onda. Las dimensiones limitadas de la Tierra provocan que esta guía de onda actúe

como cavidad resonante para las ondas electromagnéticas en la banda ELF. Las guías de

onda también pueden tener dimensiones de pocos centímetros. Sus pérdidas son menores

que las de líneas de tx en las frecuencias usadas (arriba de 3 GHz); y también son capaces

de transportar mayores potencias que una línea coaxial de las mismas dimensiones.

FUNCIONAMIENTO DE LA GUIA DE ONDA

El tubo actúa como un contenedor que confina las ondas en un espacio cerrado. El

efecto de Faraday atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía. Los campos

electromagnéticos son propagados a través de la guía de onda por medio de reflexiones en

sus paredes internas, que son consideradas perfectamente conductoras. La intensidad de los

campos es máxima en el centro a lo largo de la dimensión X, y debe disminuir a cero al

llegar a las paredes, porque la existencia de cualquier campo paralelo a las mismas en su

superficie causaría una corriente infinita en un conductor perfecto. Las guías de ondas, por

supuesto, no pueden transportar la RF de esta forma.

Las características de una guía de onda se determinan por su forma. En la

instalación hay que tener sumo cuidado en evitar torceduras que puedan causar degradación

en la transmisión. Las guías deben ser izadas utilizando poleas y winch. Una vez izadas se

utiliza la malla de izamiento como soporte en la parte superior, las guías deben asegurarse a

la torre con los kits de soportes. Se utiliza un soporte cada metro aproximadamente. El

soporte se fija a la torre y la guía se asegura en su lugar de arriba hacia abajo.

Las guías de ondas deben conectarse a una buena tierra eléctrica, por medio de un

kit de aterramiento en el tope y en la base de la torre y la entrada a la caseta. En aéreas con

mucha incidencia de rayos se aconseja un kit de aterramiento cada 30 mts

aproximadamente.

Examinaremos algunas de las características generales de las ondas que se propagan

a lo largo de estructuras de guías rectas con sección transversal uniforme. Supondremos que

las ondas se propagan en la dirección +z con una constante de propagación γ= α + jβ que

aún queda por determinar. Para el caso de la dependencia armónica con el tiempo con

frecuencia angular ω, se puede describir la dependencia de z y t de todas las componentes

del campo mediante el factor exponencial

Como ejemplo, si usamos una referencia coseno podemos escribir la expresión

instantánea del campo E en coordenadas cartesianas como:

Donde, es un fasor vectorial bidimensional que solo depende de las

coordenadas transversales. De hecho, al usar una representación fasorial en las ecuaciones

que relacionan las cantidades de campo podemos reemplazar las derivadas parciales con

respecto a t y z por productos con (jω) y (-γ) respectivamente; se puede eliminar el factor

común .

Consideremos una guía de ondas rectas constituida por un tubo metálico relleno con

un dieléctrico, que tiene una sección transversal arbitraria y yace sobre el eje z, como se

ilustra en la siguiente figura

Luego, combinando las ecuaciones vectoriales homogéneas de Helmholtz y las

coordenadas cartesianas para las guías de onda con sección transversal obtenemos las

siguientes ecuaciones:

La longitud de onda de operación para cualquier modo está dada por:

Donde:

λ = longitud de onda en el espacio libre.

λ c = longitud de onda para un modo particular de operación.

εr = Constante dieléctrica relativa.

La ecuación anterior se puede también expresar como:

Ventajas de las Guías de Ondas

Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación.

No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro.

Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor.

Mayor capacidad en el manejo de potencia.

Construcción más simple que un coaxial.

Desventajas de las Guías de Ondas

La instalación y la operación de un sistema de Guía de Ondas son más

complejas. Por ejemplo: Los radios de curvatura deben ser mayores a una λ para

evitar atenuación.

Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar

mediante soportes especiales.

Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de

uniformidad del medio interior.

El tamaño mínimo de la guía para transmitir una cierta frecuencia es

proporcional a la λ de esa frecuencia. Dicha proporcionalidad depende tanto de

la forma de la guía como de la distribución de los campos (modos de

transmisión) dentro de ella. En cualquier caso, hay una frecuencia mínima que

puede ser transmitida, denominada frecuencia de corte del modo principal.

Tipos de Guías de Ondas

Existen diversos tipos de Guías de Ondas, como lo son las GO circular, GO rectangular,

GO Elíptica, GO torcida, GO codo 90º, GO de Haz, GO canalada, GO dieléctrica, entre

otros.

Dedicaremos unas breves líneas para explicar a profundidad algunas de estas guías de

ondas.

Guías de Ondas Circular

Las Guías de Ondas Circulares se utilizan en distancias cortas, se usa en lugares

donde se requieren valores muy bajos de atenuación y pueden utilizarse en

polarización simple o doble. Los fabricantes más reconocidos son ANDREW y

FLEXWELL.

Las Guías de Ondas Circulares minimizan las atenuaciones y es particularmente

recomendado para tramos verticales largos. Una sola guía de onda puede transportar

dos polarizaciones con una aislación de 30dB. Las guías de onda circulares son

recomendadas para sistemas donde la baja atenuación es crítica o donde se necesite

capacidad multibanda.

Sus aplicaciones específicas, las cuales son muy importantes, son en el uso de

radares y microondas terrestres, pues son útiles para propagar ondas polarizadas

tanto horizontalmente como verticalmente en la misma guía. Es de fabricación más

sencilla que la rectangular y sus conexiones son más fáciles de realizar; sin

embargo, este tipo de guía presenta más área que la rectangular que opera en la

misma frecuencia.

Guías de Ondas Rectangular

Se utilizan principalmente en sistemas de guías de ondas elípticas y circulares como

conexión con la antena o con los equipos de radio. Está formado por elementos

como codos ventanas de presión, twists, etc.

Las guías de ondas rectangulares son una sección de tubo rectangular con lados a y

b, la cual se encuentra orientada a lo largo de eje y. Cuentan con la ventaja que son

fáciles de fabricar y presentan varias ventajas puesto que poseen un gran ancho de

banda y presentan pocas perdidas. Estas guías trabajan en base al fenómeno

ondulatorio. La caracterización de éste fenómeno en el interior de las guías viene de

la mano de la adecuada combinación de las famosas leyes de maxwell así como de

las condiciones de frontera. Los modos de propagaciones en una guía de onda

rectangular son las soluciones a las ecuaciones de onda.

Guías de Ondas Elípticas

Las configuraciones clásicas de guía rígida rectangular y circular fueron suplantadas

hace más de 20 años por guía de onda elíptica. Este tipo de guía es la más usada

para la alimentación de sistemas de antenas, es la más recomendada para la mayoría

de los sistemas de antenas en el rango de frecuencia entre 3.4-23.6 GHz. Son

Largas, continuas y flexibles, resultan menos costosas y más fáciles de instalar

comparadas con las guías rígidas. El ensamblaje se realiza cortando la guía de onda

a la longitud especifica y terminada con conectores, está construida de tiras de cobre

electrolítico puro que usa un proceso especial RFS de soldado, corrugado y formado

en una forma elíptica aproximada. La guía de onda de cobre es cubierta con una

camisa de polietileno negro para protección durante el transporte y la instalación.

Una camisa especial retardante del fuego está disponible bajo demanda para estas

guías de ondas.

Tiene grandes ventajas como lo son, posee máxima fuerza y flexibilidad ya que su

diseño corrugado consigue alta estabilidad transversal, flexibilidad y fuerza de

aplastamiento para un superior manipulado y moldeado en la instalación; Tiene

menos planificación y reducción de costes de instalación, además tiene excelente

rendimiento eléctrico

Modos de Propagación

Es conveniente clasificar en tres tipos las ondas que se propagan en una guía de ondas

uniformes, de acuerdo con la existencia de

i. Ondas transversales electromagnéticas (TEM). Son ondas que no contienen ni

.

ii. Ondas transversales magnéticas (TM). Ondas que contienen una distinta de cero

pero

iii. Ondas transversales eléctricas (TE). Ondas que contienen un distinta de cero pero

Ahora, analicemos los distintos tipos de ondas mencionados,

i. Ondas Transversales Electromagnéticas

Puesto que y en las ondas transversales electromagnéticas en una

guía, podemos ver que las ecuaciones

Y

Constituyen un conjunto de soluciones triviales a menos que el denominador

tambien sea igual a cero. En otras palabras las ondas transversales electromagnéticas

únicamente existen cuando

Ó

Que es exactamente la misma expresión para la constante de propagación de una

onda plana uniforme en un medio ilimitado por los parámetros constitutivos ε y μ.

La velocidad de transmisión de una onda transversal electromagnética es:

.

Se puede obtener entonces la impedancia de la onda:

Al sustituir se obtiene:

La conclusión más importante que desprende de estas ecuaciones es que las ondas

transversales electromagnéticas no pueden existir en una guía de ondas de un solo

conductor hueco o relleno con un dieléctrico, cualquiera que sea su forma. Además se

establece que la velocidad de fase y la impedancia de la onda de las ondas TEM son

independientes de la frecuencia de las ondas.

ii. Onda transversal magnética

Las ondas transversales magnéticas no tienen componente del campo magnético en

la dirección de propagación. . Es posible expresar la relación entre las componentes

transversales de la intensidad de campo magnético y la intensidad de campo

eléctrico en término de la impedancia de la onda para el modo transversal magnético

como:

Ahora sabiendo que: , se observan dos intervalos distintos para los valores

de la constante de propagación, con como punto divisor se obtiene la relación entre

el valor característico de h y la frecuencia de corte :

[HZ]

La frecuencia donde se denomina frecuencia de corte. El valor de para un

modo especifico en una guía de ondas depende del valor característico, h, del modo.

Los dos intervalos distintos de se pueden definir en términos de la razón

comparada con la unidad, donde viene dado por: .

a.- para el caso en que >1, el término es imaginario por lo tanto:

El modo se propaga con constante de fase

La longitud de onda correspondiente: . Y tomando que es la longitud de una

onda plana de frecuencia f en un medio dieléctrico ilimitado. La impedancia viene dada

por:

Por consiguiente, la impedancia de la onda de los modos TM que se propagan en una

guía de ondas con un dieléctrico sin perdidas es puramente resistiva y es siempre menor

que la impedancia intrínseca del medio dieléctrico.

b.- para el caso en que <1, las soluciones son números reales, entonces

, que de hecho es una constante de atenuación. Entonces una guía de ondas exhibe la

propiedad de un filtro pasa alto. Para un modo determinado, sólo las ondas con frecuencia

superiores a la de corte del modo pueden propagarse en la guía.

iii. Onda transversal eléctrica

Las ondas transversales eléctricas no tienen componente del campo eléctrico en la

dirección de la propagación Ez=0. Es posible analizar el comportamiento de una onda TE

resolviendo la ecuación:

Hay que satisfacer las adecuadas condiciones en la frontera en las paredes de la guía. Las

componentes transversales del campo se determinan después sustituyendo Hz en las

ecuaciones

Y

Las componentes transversales de la intensidad de campo eléctrico están

relacionadas con las de la intensidad de campo magnético a través de la impedancia

de onda. Tenemos

Se puede observar que hay dos intervalos para que dependan de si la frecuencia

del modo es mayor o menor que la frecuencia de corte.

a. >1, en este intervalo, es imaginaria se obtiene un modo que se propaga. La

expresión de :

Por consiguiente se tiene que:

Esto indica que la impedancia de la onda de los modos transversales eléctrica que se

propaga en una guía de ondas con un dieléctrico sin perdidas es puramente resistiva y

siempre es mayor que la impedancia intrínseca del dieléctrico.

b.- para el caso en que <1, es real y se obtiene un modo que no se propaga, por tanto:

Dado que es real, la impedancia de la onda viene dada por:

Se puede observar que la impedancia es puramente reactiva, lo que indica que no hay

flujo de potencia asociado para las ondas transversales en este caso.

Impedancia en Guías de Ondas

Impedancia Característica

La impedancia característica de la guía de onda es similar a la de una línea de

transmisión de cable paralelo y la cual se encuentra estrechamente relacionada con la

impedancia del espacio libre.

Con relación a reflexiones de la señal, acoplamiento de la carga y ondas

estacionarias la impedancia característica de una guía de onda tiene el mismo significado

que la de una línea de transmisión, pero difiere en un aspecto puesto que la impedancia

característica de una guía de onda es una función de la frecuencia.

El valor de la impedancia del espacio libre es de 120π, por lo tanto, es de esperarse

que una guía de onda tenga un valor aproximado a este, si la guía posee un dieléctrico del

aire. A continuación se muestra en la siguiente formula la comprobación de esta suposición:

Donde Z0 es la impedancia característica, f es la frecuencia de operación y fc es la

frecuencia de corte. En general se denomina Z0 como la impedancia característica de la

guía.

Las impedancias en guías de ondas se pueden clasificar en:

Impedancia característica se refiere a la relación de los fasores de tensión y de

corriente en una línea de transmisión infinita de dos conductores

Impedancia intrínseca se refiere a la razón de campos fasoriales E y H para una

onda plana (TEM) en un medio no limitado.

Impedancia de onda se refiere a la relación de una componente del campo eléctrico

a una del campo magnético en el mismo punto de la misma onda TEM, la

impedancia de onda es la misma impedancia intrínseca, pero para modos de orden

superior.

Impedancia de onda de los modos TE y TM

Las guías de ondas se comportan como filtros pasa-altas, debido a que no pueden

guiar ondas TEM; es decir ondas electromagnéticas de baja frecuencia, sino nada mas

ondas TE o TM. Y existirá una región de corte y una de paso para un modo determinado.

Debido a que a partir de la frecuencia de corte la relación entre las magnitudes tanto

del campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación no permanecen

constantes puesto que dependen de la frecuencia, es de suma importancia tener un

conocimiento previo del comportamiento de la impedancia de onda en función de la

frecuencia.

Donde es la velocidad de fase, y μ=4π. Es la permeabilidad para una guía rellena de

aire

Para los modos TM la impedancia de onda es:

Donde, es la frecuencia de corte y es la frecuencia de operación

Para los modos TE la impedancia de onda es la siguiente:

A continuación se presenta la grafica de las ecuaciones anteriores para un modo cualquiera

en función de la frecuencia, normalizada con relación a la impedancia intrínseca del medio.

Como se puede ver en la gráfica se observa que tanto la impedancia

como son puramente resistivas y que conforme aumenta la frecuencia, las curvas se

acercan a un valor de η que sería la impedancia de una onda TEM en el mismo medio. En

lo único que difiere es que es mayor que la impedancia intrínseca del medio y es

menor.

Radiación de Guías de Ondas

Geometría Básica de una guía de onda ranurada.

Al igual que en el cavidad respaldado por la ranura antena, cada ranura puede ser

independiente alimentado con una fuente de tensión a través de la ranura. Sin embargo,

(especialmente para grandes series) esto sería muy difícil de construir. En cambio, la guía

de onda se utiliza como la línea de transmisión de alimentar a los elementos.

La posición, forma y orientación de las ranuras determinará que irradian. Además,

la forma de la guía de onda y frecuencia de la operación tendrá un papel importante. Para

entender lo que está pasando, tendremos que entender los campos de la primera guía de

onda.

La radiación se produce cuando las corrientes deben "dar la vuelta" de las ranuras

para continuar en su dirección deseada. Como ejemplo, considere una estrecha ranura en el

centro de la guía de onda, como se muestra en la siguiente Figura.

Guía de onda con una ranura delgada centrada sobre su anchura.

En este caso, la componente z de la corriente no se verá afectada, ya que la ranura es

delgada y el z-actual no tendría que viajar por la ranura. Por lo tanto, el x-componente de la

corriente será responsable de la radiación. Sin embargo, en este lugar ( x = a/2 ), la

componente x de la densidad de corriente es cero - es decir, no hay corriente y por lo tanto

ninguna radiación. Como resultado de ello, franjas horarias que no se puede colocar en el

centro de la guía de onda, como se muestra en la Figura.

Si las ranuras están desplazadas de la línea central, como se muestra en la primera

Figura (Geometría Básica de una guía de onda ranurada), la x-dirigido actual no será

cero y tendrá que viajar alrededor de la ranura. Por lo tanto, la radiación se producirá.

Tenga en cuenta que la distancia desde el borde determinará la magnitud de la corriente.

Como resultado, el poder que irradia la ranura se puede modificar desplazando las ranuras

más cerca o más lejos de la orilla.

Si la ranura está orientada como se muestra en la siguiente Figura, la ranura perturba

la componente z de la densidad de corriente. Esta ranura a continuación, se irradia. Si esta

ranura se desplaza fuera de la línea central, la cantidad de energía que irradia se puede

ajustar.

Ranura horizontal en una guía de onda.

Si la ranura se hace girar en un ángulo sobre la línea central, como se muestra en la

próxima Figura, puede radiar. El poder que irradia será una función del ángulo Φ (phi) que

se rota - específicamente propuesta por . Tenga en cuenta que la componente z de

la corriente es aún responsable de la radiación en este caso. La componente x es perturbada,

pero las corrientes son magnitudes frente a ambos lados de la línea central y por lo tanto

tiende a anular la radiación.

Girado la antena en una ranura de guía de onda.

Aplicaciones:

• Las guías de onda son adecuadas para transmitir señales debido a su

baja pérdida. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda

limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma

frecuencia.

• También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como

acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.

• Las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible

e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar

información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de

microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.

• GUIA 3: GUIAS DE ONDAS Las guías de onda se utilizan para la transmisión de energía de RF en el rango de las frecuencias de microondas. Las configuraciones clásicas de guía rígida rectangular y circular fue suplantada hace mas de 20 años por guía de

onda elíptica. La guía rectangular hoy día se utiliza principalmente como partes cortas de interconexión, codos, twist etc.

La guía de onda elíptica es la más utilizada para la alimentación de sistemas de antenas. Las guías de onda circulares se utilizan en lugares donde se requieren valores muy bajos de atenuación y pueden utilizarse en polarización simple o doble.

Los fabricantes más reconocidos son ANDREW y FLEXWELL.

GUIA DE ONDA ELIPTICA:

• Es la recomendada para la mayoría de los sistemas de antenas en el rango de frecuencia entre 3.4 - 23.6 GHz. Largas, continuas, y flexible, resulta menos costosa y mas fácil de instalar comparada con las guías rígidas.

• El ensamblaje se realiza cortando la guía de onda a la longitud especificada y terminada con conectores.

•

• GUIA DE ONDA RECTANGULAR:

• Se utiliza en sistemas de guías de ondas elípticas y circulares como conexión con la antena o con los equipos

• de radio. Está formado por elementos como codos, ventanas de presión, twists etc. •

• GUIA DE ONDA CIRCULAR:

• Minimiza las atenuaciones y es particularmente recomendado para tramos verticales largos. Una sola guía de onda puede transportar dos polarizaciones con una aislación de 30 dB. Las guías de onda circulares son recomendadas para sistemas

donde la baja atenuación es crítica o donde se necesite capacidad multibanda.

• TAMAÑOS RECOMENDADOS DE GUÍAS DE ONDA: • BANDA DE

• FRECUENCIA,

• GHZ

• GUÍA • ELÍPTICA

• GUÍA

• RECTANGULAR • GUÍA

• CIRCULAR

• 1.7 - 2.3 EW17,EWP17 - -

• 2.5 - 2.7 EW20 - - • 2.9 - 3.5 EW28 - -

• 3.58 - 4.2 EW34,EWP34

• EW37,EWP37 &EWP37S

• WR229

• -

• WC281

• WC269

• 4.4 - 5.0 EW44,EWP44,&EWPS44 WR187 - • 5.6 - 6.425 EW52,EWP52 WR159

• WR137

• -

• 5.925 -

• 6.425

• EW52,EWP52, &

• EWP52S • WR159

• WR137

• WC281

• WC269

• WC205

• WC166

• 6.425 -

• 7.125 • EW63,EWP63 &

• EWP63S

• WR137 -

• 7.125 -

• 7.750

• EW64,EWP64 WR137

• WR112

• WC166 • 7.125 - 8.5 EW77,EWP77 WR112 WC166

• 8.5 - 9.8 EW85 WR90

• WR112

• -

• 10.5 - 10.7 EW90,EWP90 WR90 -

• 10.7 -11.7 EW90,EWP90,

• &EWPS90

• WR90 WC109 • 11.7 - 13.25 EW127A &EWP127A WR75 WC109

• 14.0 - 14.5 EW132,EWP132 WR75 -

• 14.5 - 15.35 EW132,EWP132 WR62 -

• 17 7 - 19.7 EW180,EWP180 WR42 WC109

• 21.2 - 23.6 EW220, EWP220 WR42

INSTALACION:

Las características de una guía de onda se determinan por su forma. En la instalación hay que tener sumo

cuidado en evitar torceduras que puedan causar degradación en la transmisión. Las guías deben ser izadas

utilizando poleas y winch. Una vez izadas, se utiliza la malla de izamiento como soporte en la parte superior.

Las guías deben asegurarse a la torre con los kits de soportes. Se utiliza un soporte cada metro

aproximadamente. El soporte se fija a la torre y la guía se asegura en su lugar de arriba hacia abajo.

Para las curvas en las guías se utilizan herramientas especializadas. Entre la torre y la caseta se utilizan

escalerillas para el soporte de la guía

ATERRAMIENTO:

Las guías de onda deben conectarse a una buena tierra eléctrica, por medio de un kit de

aterramiento en el tope y en la base de la torre y en la entrada a la caseta. En áreas con mucha

incidencia de rayos se aconseja un kit de aterramiento cada 30 mts. aproximadamente.

PRESURIZACION:

Las guías de onda elípticas deben presurizarse con aire seco o nitrógeno, con el fin de evitar la

humedad por condensación dentro de la guía. La humedad en la guía degrada el VSWR y

aumenta la atenuación.

MODOS DE TRANSMISIÓN EN GUIAS DE ONDAS

En forma general una guía de onda es una región limitada por paredes conductoras paralelas a la

dirección de propagación y de sección transversal uniforme

Los efectos de frontera de las paredes conductoras, que solo producen campos eléctricos

normales y tangenciales allí, favorecen una dirección z de flujo de energía de manera que se dice

que las ondas están guiadas en dirección de las z.

De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, podemos expresar las componentes de campo

transversal en función de los componentes longitudinales , lo que permite

establecer los modos a las soluciones de campo:

Modo Transversal eléctrico (TE) y transversal magnético (TM) que se definen haciendo y

respectivamente. Cada modo de calcificación pertenece a una infinidad de soluciones y

demostraremos que un modo dado se propaga como una onda solo si su frecuencia f esta arriba

de un valor fc (de corte critico). En este sentido las guías de onda huecos actúan como filtros de

pasa alto. El modo que se propaga en la frecuencia ,mas baja se conoce como el Modo Dominante

de la guía de onda. El modo TEM permite la propagación hasta la frecuencia cero, en las líneas de

transmisión

Como se supone que la región dieléctrica limitada por los conductores de guía de onda no tiene

perdida las ecuaciones de Maxwell son en aquella re3gion

En forma compleja en coordenadas rectangularesResolviendo las rotaciones

tenemos las ecuaciones

Lo cual en forma compacta puede escribirse como

Definiéndose a como un rotacional modificado

Considerando la ecuación de Maxwell ( ley de Ampere) se llega a un resultado equivalente al

anterior

Por lo tanto, desarrollando estos rotacionales modificados nos lleva a 6 ecuaciones:

Combinando estas ecuaciones, se obtiene:

Con lo cual se demuestra que los componentes transversales dependen de

MODOS TM (Ondas Transversales Magnéticas)

Se denominan así si la onda tiene , quedando 5 componentes:

La impedancia intrínseca se define:

La constante de propagación en el modo TM depende de las dimensiones de la guía de onda y de

la frecuencia de la onda

MODOS TE (Ondas Transversales Eléctricas)

Se denominan así si la onda tiene . Los 5 componentes que quedan son:

La impedancia intrínseca

MODOS TEM (Ondas Transversales Electromagnéticas)

Se denominan así a las ondas que tienen

Simultáneamente

La impedancia intrínseca

El modo TEM es el Modo Dominante de propagación de energía en líneas de los conductores.

SOLUCIONES AL MODO TM PARA GUIAS DE ONDAS RECTANGULARES

Se supone una guía de onda rectangular, con las siguientes características:

1. Se supone que el tubo rectangular hueco es muy largo (evita efectos de los extremos) 2. El medio dieléctrico que lleva el tubo tiene parámetros constantes sin

perdidas en el interior 3. Las paredes de las guías de onda se suponen conductores perfectos, lo que permite

aplicación de condiciones de frontera 4. todas las cantidades de campo varían con z y t y los signos están asociados con soluciones

de ondas viajeras en el sentido de las z. 5. = 0

recordando las ecuaciones de onda vectoriales homogéneas

resolviendo el Laplaciano

pasando la ecuación al dominio de3 la frecuencia

de igual forma se obtiene 3 ecuaciones de onda para el campo magnético

Primero encontraremos la solución para , puesto que las demás se encuentran a partir de él.

Para resolver suponemos donde son solo funciones de x y y respectivamente.

Sustituyendo en la ecuación, se tiene:

Lo que quiere decir que Kx y Ky se denominan constantes de separación

Que tiene como solución

Lo que implica que Las condiciones de frontera, para evaluar las constantes son:

Aplicando la condición 1. se tiene aplicando 2. se tiene , lo cual es verdadero

siempre que

Se tiene la transición entre las 2 situaciones anteriores y ocurre a una frecuencia que se

denomina frecuencia de corte

VARIACIÓN DE ONDA ESTACIONARIA TRANSVERSAL

En el dominio del tiempo las expresiones Para la señal se atenúa de acuerdo a Veamos la

expresión para la longitud de onda dentro de la guía Donde denota la longitud de onda

en comparación con una onda plana uniforme en una región no limitada con los mismos

parámetros del dieléctrico

La velocidad de fase De donde La impedancia intrínseca

Mas adelante se vera que todos los modos TM y TE para una misma guía de onda rectangular, el

modo dominante es el TE10

La impedancia intrínseca para es:

Por lo que se nota que a no hay transferencia de potencia activa ya que

es puramente reactiva.

Ejemplo: Una guía de onda rectangular llena de aire tiene como dimensiones interiores a =

2.89 cm y b = 1.03 cm 1. Encuentre fc para el modo TM de menor orden (modo dominante) 2. Si f = 2 fc encuentre 3. Si f = fc/2, realice los cálculos anteriores

Ya que se obtiene que el modo dominante TM es el TM01, puesto que son los

enteros más pequeños que producen campos no triviales

Si f = fc

Para SOLUCIONES DEL MODO TE PARA GUIAS DE ONDAS RECTANGULARES

Consideramos las mismas condiciones que para el modo TM, salvo que ahora ( y no como en le

caso anterior).

Empezamos con la ecuación escalar en función deConsiderando que esta ecuación ha sido resuelta

en el caso anterior, tenemos Las condiciones de frontera son los mismos que para el caso anterior

Si consideramos las relaciones vistas para el modo TE

Las condiciones de frontera se convierte en

La solución tendrá la forma

Las restantes componentes de campo sonLas cantidades entre corchetes se pueden representar

por respectivamente

Esta ecuación implica una frecuencia de corte En consecuencia La ecuación para la impedancia

intrínseca será Y si Notamos que es reactiva pura, por lo que no habrá transferencia de potencia

activa (.(atenuación)El modo Dominante en el modo TE es el TE10 y la Veamos la posición de las

frecuencias de corte para dos guías de onda rectangulares.