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Guías de onda

A
abemen

Descripción general y parámetros de las guías de onda.

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Guías de Onda

Ing. Abelardo Méndez
Universidad Mesoamericana
Guías de Onda
●

Definición:
–

Es cualquier estructura física que guía ondas
electromagnéticas.
Guías de Onda
●

Diferencia con las líneas de transmisión
–

En altas frecuencias
●

●

Las líneas de transmisión y los cables coaxiales
presentan atenuaciones muy elevadas.
Son imprácticos para aplicaciones en HF o de bajo
consumo de potencia.
Guías de Onda
●

●

●

La transmisión de señales por guías de onda reduce
la disipación de energía.
Producen poca atenuación.
Consisten en tubos de un material conductor de
sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la
dirección de la energía electromagnética debe ser
principalmente conducida a lo largo de la guía y
limitada en sus fronteras.
Guías de Onda
●

●

Las paredes conductoras del tubo confinan la
onda al interior por reflexión en la superficie
El tubo puede estar vacío o relleno con un
dieléctrico.
–

El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las
paredes pueden ser delgadas), pero reduce la
velocidad de propagación.
Guías de Onda
●

●

No hay pérdidas de potencia por radiación y las
pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido
a que suele ser aire.
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Guías de onda

  • 1. Guías de Onda Ing. Abelardo Méndez Universidad Mesoamericana
  • 2. Guías de Onda ● Definición: – Es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas.
  • 3. Guías de Onda ● Diferencia con las líneas de transmisión – En altas frecuencias ● ● Las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas. Son imprácticos para aplicaciones en HF o de bajo consumo de potencia.
  • 4. Guías de Onda ● ● ● La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía. Producen poca atenuación. Consisten en tubos de un material conductor de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la dirección de la energía electromagnética debe ser principalmente conducida a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras.
  • 5. Guías de Onda ● ● Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión en la superficie El tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. – El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.
  • 6. Guías de Onda ● ● No hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos.
  • 7. Guías de Onda ● Se puede visualizar de forma simplificada – Suponiendo que está formada por dos láminas conductoras. – El transporte de la energía electromagnética se lleva a cabo mediante reflexiones continuas y no por medio de corrientes superficiales, como en el caso de las líneas de transmisión.
  • 9. Guías de Onda ● La guía está diseñada fundamentalmente para: – Operar un solo modo de propagación. – Con el ancho de banda requerido. – Atenuando los demás modos de orden superior. – Transmite óptimamente la frecuencia portadora, para la cual se ha seleccionado la guía con su respectivo ancho de banda de transmisión.
  • 10. Guías de Onda ● Tipos: – Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica). – Guías de onda (línea de transmisión) de haz: Guía de onda (línea de transmisión), constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.
  • 11. Guías de Onda ● Tipos: – Guía de onda tabicada: formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud pro un tabique radial metálico. – Guía de onda acanalada, guiada en V, guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.
  • 12. Guías de Onda ● Tipos: – Guía de onda cargada periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficies de contorno. – Guía de onda dieléctrica: formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.
  • 13. Guías de Onda ● Características – Impedancia, potencia y atenuación se expresan mediante campos eléctricos y magnéticos característicos de la guía en consideración. – Poseen una sección transversal rectangular, pero pueden tenerla circular ó elíptica.
  • 14. Guías de Onda ● Características – Las dimensiones de la sección transversal se escogen de tal manera que la onda electromagnética se propague en el interior de la guía de onda. – Una guía no esta diseñada para conducir corriente
  • 15. Guías de Onda ● Características – Sirve como límite que confina a la onda en su interior. – Se encuentra compuesta de un material conductor en el que se refleja la energía electromagnética que choca con la superficie.
  • 16. Guías de Onda ● Características – Si la pared de la guía de onda es un conductor muy delgado en sus paredes fluye poca corriente y como consecuencia se disipa poca potencia. – La conducción de la energía, en la realidad no ocurre en las paredes, sino en el dieléctrico que se encuentra dentro de la guía.
  • 17. Guías de Onda ● Análisis – Este se da en términos de los campos magnético y eléctrico que se propagan en su interior. – Deben cumplir con las condiciones de frontera dadas por las paredes conductoras.
  • 18. Guías de Onda ● Análisis – Está compuesta de un material real – La onda electromagnética penetra en las paredes de ésta provocando que la onda ceda energía al material de la guía, es por ello que la onda pierde amplitud conforme a la distancia que avanza.
  • 19. Guías de Onda ● Modos de Propagación – Un modo es la manera en la que la energía se puede propagar a lo largo de la guía de onda. – Todos estos modos deben satisfacer ciertas condiciones de frontera para que se puedan dar. – En teoría existen un número infinito de modos de propagación y cada uno tiene su frecuencia de corte a partir de la cual existe.
  • 20. Guías de Onda ● Modos de Propagación – A medida que se va aumentando la frecuencia se irá incrementando el número de modos a partir de cada frecuencia de corte de cada modo respectivamente. – Específicamente una guía soporta tres modos de propagación y los cuales son: ● ● ● Modo transverso magnético (TMmn) Modo transverso eléctrico (Temn) Modo transverso eléctrico magnético (TEM)
  • 21. Guías de Onda ● Impedancia Característica – Es similar a la de una línea de transmisión de cable paralelo. – Se encuentra estrechamente relacionada con la impedancia del espacio libre.
  • 22. Guías de Onda ● Impedancia Característica – Respecto 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.
  • 23. Guías de Onda ● Impedancia Característica – El valor de la impedancia del espacio libre es de 120 π. – Zo = Impedancia característica – f = frecuencia de operación – fc = es la frecuencia de corte.
  • 24. Guías de Onda ● Clasificación de Impedancias – 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.
  • 25. Guías de Onda ● Clasificación de Impedancias – 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.
  • 26. Guías de Onda ● Impedancia de onda de los modos TE y TM. – Las guías de onda se comportan como filtros pasaaltas. – Y existirá un región de corte y una de paso para un modo determinado. – 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 Dependen de la frecuencia
  • 27. Guías de Onda ● Impedancia de onda de los modos TE y TM. – Para los modos TE – vf = velocidad de fase – μ = 4πx10−7 es la permeabilidad para una guía rellena de aire
  • 28. Guías de Onda ● Impedancia de onda de los modos TE y TM. – Para los modos TM – vf = velocidad de fase – μ = 4πx10−7 es la permeabilidad para una guía rellena de aire – fc = frecuencia de corte – fo = frecuencia de operación
  • 29. Guías de Onda ● Tanto la impedancia ZTE como ZTM 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 ZTE es mayor que la impedancia intrínseca del medio y ZTM es menor.
  • 30. Gracias por su atención!!!