asignatura de microondas

1. ESPECIALIZACION PROFESIONAL
TECNICA POR ORIENTACION DE MISILES
(COT 10)
ASIGNATURA
DOCENTE: T1 COT(10) NICOLÁS CUYA MOTTA
MICROONDAS
2014

2. GUIAS DE
ONDAS
Y
COMPONENTES

3. Líneas de transmisión.-
La transmisión de energía entre 2 puntos distantes requiere la
utilización de un medio transmisor al que se llama generalmente
línea de transmisión. La transmisión en algunos casos tiene lugar
directamente a través del espacio (BROADCASTING)
“comunicación de radio comercial”; en otros casos es necesaria
una estructura física que conduzca la onda electromagnética.
El desarrollo de las líneas de transmisión comenzó a partir de la
utilización del cable de alimentación eléctrico de 2 conductores,
para transportar grandes cantidades de energía entre el generador
y la carga.

6. Tipos de líneas de transmisión.-
Las exigencias de los sistemas de comunicación han forzado el pulso
de frecuencia cada vez más elevadas y por lo tanto la modificación y
aparición de otros tipos de líneas de transmisión.
Las líneas de transmisión de radiofrecuencias tienen que ser
especiales ya que los objetos ubicados en los alrededores, modifican
los patrones de radiación y reducen la efectividad de la transmisión.
Las líneas de transmisión se pueden dividir en:
• Líneas de constantes repartidas.
• Líneas de constantes localizadas.

7. Las líneas de constantes localizadas.-
Se llaman así porque sus constantes eléctricas tales como
resistencia, inductancia y capacidad, pueden considerarse
ubicadas a intervalos (localizadas) a lo largo de la línea.
Las líneas de constantes repartidas.-
En las cuales se consideran estas constantes eléctricas
uniformente distribuidas por toda la línea.
En la práctica la mayor parte de líneas utilizadas son del tipo
constantes repartidas ya que son más fáciles de construir y
presentan mejores características que las constantes localizadas.
Las líneas más utilizadas son: Línea aérea de 2 conductores, línea
coaxial, la de placas paralelas o línea de cinta o la guía de onda.

8. Línea aérea de 2 conductores
Consiste esencialmente de 2 conductores situados a una cierta
distancia uno del otro. Se usa extensamente en sistemas de
transmisión de energía como telegrafía, telefonía y en ciertas áreas
de radio transmisión. Se utiliza fundamentalmente en aplicaciones de
baja frecuencia y son de fabricación sencilla. El parámetro principal
de estas líneas es su resistencia por unidad de longitud, mientras
que su inductancia y capacidad por unidad de longitud son
pequeñas.
La propagación de la energía es en la forma TEM (Transversal
Eléctrica y Magnética), en la que los campos transportan la energía
mientras que los conductores sirven para guiar la onda tal como
indica la figura.

10. Línea coaxial.-
Para evitar pérdidas elevadas por radiación, es necesaria que las líneas
de fuerza de campos sean cerradas, para lograr esto se dispone de un
conductor interno rodeado por una envoltura cilíndrica exterior; este
conjunto recibe el nombre de línea coaxial. Se tiene la ventaja que los
campos quedan confinados dentro del conductor interno, eliminándose
así interferencias exteriores. El medio de separación entre ambos
conductores puede ser el aire u otro material dieléctrico.

11. La disposición clásica en cable coaxial de aire es un conductor
central de cobre sostenido mediante discos de polietileno, y rodeado
de una o mas capas de cinta de acero que apantalla y dan solidez al
conjunto. También se utilizan cables flexibles, con polietileno como
dieléctrico y una envoltura de cobre trenzado para conseguir la
flexibilidad.

12. En el campo de las comunicaciones la atenuación y distorsión a las
secuencias de trabajo, son los factores principales que se deben
considerar mientras que la potencia pasa a ser una característica
secundaria. Los cables coaxiales tienen una banda pasante muy
ancha que va desde la continua hasta la gama de microondas; la
atenuación aumenta con la frecuencia, debido a ello los cables
coaxiales se diseñan especialmente para cada aplicación.
La propagación en los cables coaxiales suelen ser normalmente del
tipo TEM (Transversal Eléctrica y Magnética) para garantizar la no
existencia de otra forma de propagación hay que reducir el tamaño
del cable a medida que se aumenta la frecuencia, disminuyendo así
el valor máximo de la potencia transmitida.

13. Línea de cinta.-
Una línea de transmisión con muy pocas pérdidas es llamada líneas de
placas paralelas infinitas que propaga una onda en el modo TEM. No
obstante el sistema es poco práctico debido a su tamaño infinito y a la
dificultad de mantener la posición de las placas. Una línea que ha ido
cobrando importancia es la línea plana o línea de cinta de la cual
existen 2 tipos, la línea triplaca y la microtira.

14. Línea triplaca.-
En la línea triplaca el conductor interno esta situado entre 2 placas
externas, la propagación es en forma TEM, si la distancia entre placas
es pequeña en comparación con la λ si las perdidas son reducidas, se
asegurara entonces la propagación TEM.
Dieléctrico
Placa
h
TRIPLACA
w

15. Microtira.-
El tipo microtira tiene mas perdidas pero su fabricación es mas sencilla
y la propagación es algo compleja (no precisamente en TEM); las
perdidas pueden reducirse usando materiales con mayor coeficiente
dieléctrico. Las características de esta línea dependen de la relación wh
y del coeficiente dieléctrico del sustrato. Su utilización a contribuido al
desarrollo de circuitos integrado de microondas, teniendo como
acopladores, circuladores, etc. en receptores u otros sistemas
complejos.
Dieléctrico
Placa
Tira
h
w
MICROTIRA

16. Guías de onda.-
Cualquier sistema de conductores y aisladores para conducir
energía de ondas electromagnéticas pueden ser llamados guías de
ondas pero comúnmente se da este nombre a conductores
metálicos huecos a manera de “cañería”, usado en propósitos
similares a las líneas coaxiales, pero usados en frecuencias más
altas.
Las guías de onda se usan extensamente para minimizar las
pérdidas en la transmisión de grandes potencias a frecuencias de
microondas. En esencia se trata de un solo conductor metálico en
forma de caja rectangular o cilíndrica, a lo largo de la cual se
propagan las ondas electromagnéticas. Estas ondas viajan
adoptando configuraciones de campo algo diferentes que las
consideradas para las otras líneas de transmisión, y se denominan
TE si son transversales eléctricas (u ondas H), o TM si son
Transversales magnéticas (u ondas E).

18. Modos de Operación.-
Una GO puede propagar, en teoría, un número infinito de tipos
distintos de onda electromagnética. Cada uno de estos tipos o modos
presenta una configuración distinta de campos eléctrico y magnético,
y la denominación de cada modo obedece a esa configuración.
Cada modo tiene una frecuencia crítica, debajo de la cual no se
propagará.
Para un tamaño particular de GO, el modo correspondiente a la menor
frecuencia de corte se denomina modo principal. Este será el único
modo propagado si la frecuencia es mayor a la 1ª frecuencia de corte,
pero menor a la frecuencia de corte del segundo modo.
La longitud de onda de corte del modo principal para una GO con aire
en su interior es igual a dos veces la dimensión mayor (rectangular), o
de 1.71 veces el diámetro (circular).
En general son posibles dos modos, que se denominan en
consideración al campo que sea siempre transversal a la dirección de
propagación: Transversal Eléctrico (TE) y Transversal Magnético (TM).

19. Aplicaciones.-
Debido a que las dimensiones de la sección transversal de una guía de
onda deben ser del mismo orden de magnitud que una longitud de onda,
sus uso a frecuencias por debajo de los GHz normalmente no se
considera a menos que circunstancias especiales lo requieran. Las
dimensiones de las guías de onda son convenientes para frecuencias
que se encuentran en el rango de 3 a 100 GHz e inconveniente fuera de
este rango.

20. Impedancia Característica.-
La impedancia característica es igual a la de una línea de
transmisión, con relación al acoplamiento de la carga, reflexiones de
la señal y ondas estacionarias. La impedancia característica de una
guía de onda se expresa matemáticamente como:
Zo = 377 / √ 1 – (ƒc / ƒ)2
Donde:
Zo: Impedancia característica (Ω)
ƒ : frecuencia de operación (Hz)
ƒc: frecuencia de corte (Hz)
Nota: Zo por lo general es mayor a 377 Ω. En la frecuencia de corte
Zo se vuelve infinito, y a una frecuencia igual al doble de la
frecuencia de corte (2 ƒc), Zo = 435 Ω

21. Modos de propagación de las guías de ondas.-
Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la
polarización y de las dimensiones de la guía. El modo longitudinal de
una guía de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado
por ondas confinadas en la cavidad. Los modos transversales se
clasifican en tipos distintos:
• Modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico
en la dirección de propagación es nula.
• Modo TM (Transversal magnético), la componente del campo
magnético en la dirección de propagación es nula.
• Modo TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del
campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación
es nula.
• Modo híbrido, son los que sí tienen componente en la dirección de
propagación tanto en el campo eléctrico como en el magnético.

22. En guías de onda rectangulares el modo fundamental es el TE1,0 y en
guías de onda circulares es el TE1,1.
El ancho de banda de una guía de onda viene limitado por la aparición
de modos superiores. En una guía rectangular, sería el TE0,1. Para
aumentar dicho ancho de banda se utilizan otros tipos de guía, como la
llamada "Double Ridge", con sección en forma de "H".
Dirección de
propagación
de la onda
H
H
E
Dirección de
propagación
de la onda
E
E
H
MODOS TE MODOS TM

23. Tipos de guías de ondas.-
Existen varios tipos de guías de ondas entre las cuales están:
 Guía de onda rectangular
 Guía de onda circular
 Guía de onda acanalada
 Guía de onda flexible

24. Guía de Onda Rectangular.-
Las guías de onda rectangulares son las formas más comunes de
guías de onda. La energía electromagnética se propaga a través del
espacio libre como ondas electromagnéticas transversales (TEM) con
un campo magnético, un campo eléctrico, y una dirección de
propagación que son mutuamente perpendiculares. Una onda no
puede viajar directamente hacia abajo de una guía de onda sin
reflejarse a los lados, por que el campo eléctrico tendría que existir
junto a una pared conductiva. Si eso sucediera, el campo eléctrico
haría un corto circuito por las paredes en sí. Para propagar una onda
TEM exitosamente a través de una guía de onda, la onda debe
propagarse a lo largo de la guía en forma de zigzag, con el campo
eléctrico máximo en el centro de la guía y cero en la superficie de las
paredes.

26. Guías de Onda Circulares.-
La guía de onda circular es por mucho la más común, pero esta es más
utilizada para radares y microondas. En guías de onda se utilizan
cuando es necesario o ventajoso propagar tanto ondas polarizadas
verticales como horizontales en la misma guía de onda. El
comportamiento de las ondas electromagnéticas en la guía de onda
circular es el mismo como en la guía de onda rectangular. Pero debido a
la diferente geometría, algunos de los cálculos se realizan diferentes.
La guía de onda circular es más fácil de construir que una guía de onda
rectangular y más fácil de unir. Una de las desventajas es que la guía de
onda circular tiene un área mucho más grande que una guía de onda
rectangular y ambas llevan la misma señal.

28. Guía de Onda Acanalada.-
Este tipo de guías permite la operación a frecuencias más bajas para
un tamaño determinado. Sin embargo, las guías de onda acanaladas
son más costosas de fabricar que la guía de onda rectangular
estándar. Una guía de onda acanalada tiene más pérdida por unidad
de longitud que la guía de onda rectangular. Por este motivo y el alto
costo es que este tipo de guía se limita a utilizarse sólo en
aplicaciones especializadas.

30. Guías de Onda Flexibles.-
Las guías de onda flexibles consisten de listones envueltos en espiral
de latón o cobre. La parte exterior está cubierta con una capa suave
dieléctrica por lo general conformada de hule, para mantener la guía de
onda hermética contra agua y aire. Pequeños pedazos de guía de onda
flexible se utilizan en los sistemas de microondas cuando varios
transmisores y receptores están interconectados a una unidad compleja
para combinar o separar. La guía de onda flexible también se utiliza
extensamente en equipo para pruebas de microondas.

32. Ventajas y desventajas de las guías de ondas.-
Las guías de onda presentan las siguientes ventajas y desventajas con
respecto a las líneas de “Tx” y una línea coaxial.
Ventajas
a) Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación.
b) No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro.
c) Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un
conductor.
d) Mayor capacidad en el manejo de potencia.
e) Construcción más simple que un coaxial.
Desventajas
a) La instalación y la operación de un sistema de guía de ondas son
más complejas
b) Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe
sujetar mediante soportes especiales.
c) Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las
condiciones de uniformidad del medio interior.