Guias_de_Onda.pptx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESIME ZACATENCO
ING. EN COMUNICACIONES Y
ELECTRÓNICA
GUIA DE ONDA RECTANGULARES Y
CIRCULAR
GUIA DE ONDAS
Existen en la practica numerosos tipos de estructuras que ,
con toda propiedad, pueden ser catalogadas como guía de
ondas .Tal como se ha mencionado ,se emplean para
trasmitir ondas electromagnéticas punto a punto de una
forma eficiente .Por lo general se trata de señales de
información de elevada frecuencia y no podrían ser
trasmitidas por otros métodos ,debido que la trasmisión no
seria eficiente .
Las guías de onda deben de ser tratadas a
partir de los modos de vibración y
propagación electromagnéticos que son
capaces de soportar y , en general , no es
posible establecer de forma inmediata un
modelo circuital equivalente .En este
aspecto se suelen distinguir de otras
estructuras guatines ,como seria por
ejemplo un per bifilar ,donde existe un
modelo sencillo de análisis mediante
tensiones y corrientes .
GUÍA DE ONDAS RECTANGULARES
Estas guías se utilizan mas que las circulares o
las elípticas ,y se emplean en muchos sistemas
prácticos de radiofrecuencia ,por ejemplo en
equipos de microondas terrestres de
comunicaciones por satélite .Son fáciles de
fabricar , su ancho de banda es muy grande y
se presentan pocas perdidas en sus
frecuencias comunes de operación .
DIAGRAMA
GUIA DE ONDA CIRCULAR
Las guías circulares tienen aplicaciones muy
especificas e importantes , en particular , son
útiles en los sistemas de radar que necesitan
de una antena giratoria y en la fabricación de
muchos dispositivos de microondas que
requieren de una unión que gire libremente
,tales como atenuadores y combinadores de
fase de alta precisión .
DIAGRAMA
*MODOS DE PROPAGACION EN LAS
GUIAS DE ONDA RECTANGULAR Y
CILINDRICA.
*ECUACIONES QUE DEFINEN EL
COMPORTAMIENTO DE GUIA DE ONDA
MODO DE PROPAGACION RECTANGULAR TE
En teoría , dentro de la guía rectangular puede
haber un numero infinito de distribuciones de
campo , o modos , de acuerdo con todas las
combinaciones posibles para valores discretos
de m y n.
En las siguientes figuras se muestra las
distribuciones o patrones de los campos en la
sección transversal de la guia de onda .
DIAGRAMA
MODO TEM
Sus respectivas ecuaciones son las siguientes
:
A partir de esta ecuación podemos encontrar
sus componentes E y H
MODO TM
Debe notarse que para n y m son cero , la
expresión para E .Por lo tanto , el modo TM
mas bajo que puede propagarse en una guía
rectangular es el TM .
Se muestra en la figura los patrones de los
campos eléctrico y magnético en estos modos .
DIAGRAMA
MODO DE PROPAGACION CIRCULAR TEM
En este modo se observa que los patrones de
distribución de los campos dominantes en la
guía rectangular y la circular son muy similares
,particularmente en el centro de ambas guías .
Esta estructura que transforma el modo
dominante TE de la circular y viceversa , se
emplea en la fabricación de dispositivos de
microondas .
DIAGRAMA
Sus respectivas ecuaciones son las siguientes
:
Conociendo H se deducen las siguientes
ecuaciones :
MODO TM
Este modo posee simetría circular y resulta útil ,
por ejemplo , en diseño de uniones giratorias
para los sistemas de radar .
DIAGRAMA
En este caso H=0 solo queda esta ecuación:
A PARTIR DE LA ECUACIÓN ANTERIOR SE
DEDUCEN LAS SIGUIENTES :
PARÁMETROS DE PROPAGACIÓN
Formas de alimentación y
excitación
modos de propagación.
Los modos se designan según las direcciones que los campos
eléctrico y magnético de la onda electromagnética asumen
respecto de la dirección de propagación.
Se dice que una onda plana electromagnética es uniforme si
en ella, las intensidades de campo eléctrico y magnético
presentan amplitudes constantes en las superficies equifase.
Ondas de este tipo sólo pueden encontrarse en el espacio libre
a una distancia infinita de la fuente
Tener un medio sin pérdidas significa que no existe la
conductividad en ese medio, o que la conductividad es cero.
Las condiciones que se dan en este medio son las que se
muestran en las siguientes ecuaciones:
α=0
El término frecuencia de corte tiene los siguientes
significados:
La frecuencia, bien por arriba o bien por debajo de la cual el
nivel de salida de un circuito, tal como una línea,
amplificador o filtro se reduce por un factor de "raíz de dos
partido de dos" al valor de - 3 dB = 70,71% respecto al nivel
de referencia de 0 dB = 100%.
La longitud de una onda es el período espacial de la misma,
es decir, la distancia a la que se repite la forma de la onda.
Normalmente se consideran dos puntos consecutivos que
poseen la misma fase: dos máximos, dos mínimos, dos
cruces por cero
Se denomina impedancia característica o impedancia de
onda de una línea de transmisión a la relación existente entre
la diferencia de potencial aplicada y la corriente absorbida por
la línea en el caso hipotético de que esta tenga una longitud
infinita, o cuando aún siendo finita no existen reflexiones.
La fórmula que relaciona los anteriores parámetros y que
determina la impedancia característica de la línea es:
La velocidad de grupo de una onda es la velocidad con la
que las variaciones en la forma de la amplitud de la onda
(también llamada modulación o envolvente) se propagan
en el espacio. La velocidad de grupo se define como la
relación:
donde:
vg es la velocidad de grupo; ω es la velocidad angular de la
onda; y, k es el número de onda.
La velocidad de fase de una onda es la tasa a la cual la fase
de la misma se propaga en el espacio. Ésta es la velocidad a
la cual la fase de cualquier componente en frecuencia de
una onda se propaga (que puede ser diferente para cada
frecuencia). Si tomamos una fase en particular de la onda
(por ejemplo un máximo), ésta parecerá estar viajando a
dicha velocidad. La velocidad de fase está dada en términos
de la velocidad angular de la onda ω y del vector de onda k
por la relación:
APLICACIONES
Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir
señales debido a su bajas pérdidas. 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, circulares y otros.
Actualmente, son especialmente importantes, y lo serán
más en el futuro, 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.