Consulta de Líneas de transmisión Nombre: Josué Balseca Fecha: 20/708/2021 Tema: Cavidades Resonantes Rectangulares Los circuitos resonantes son muy utilizados en ingeniería electrónica en una gran variedad de aplicaciones: filtros, osciladores, medidores de frecuencia y amplificadores sintonizados. Este tipo de aplicaciones se realizan desde muy baja frecuencia hasta muy alta frecuencia pasando por el rango de microondas. El principio de operación de los resonadores es básicamente el mismo independientemente de la banda de frecuencias en que se utilicen. Por ello se empezará el presente capítulo recordando la teoría básica de circuitos resonantes. Será la tecnología la que diferencie los circuitos resonantes en las bandas de baja frecuencia hasta las bandas de microondas y de muy alta frecuencia. Por ello, lo que es el grueso del presente capítulo irá enfocado a la realización y desarrollo de circuitos resonantes en microondas con distintas tecnologías: líneas de transmisión, guías de onda formando cavidades resonantes y guías dieléctricas constituyendo resonadores dieléctricos. Por último, y dado que un circuito resonante básicamente es un circuito capaz de almacenar energía eléctrica o magnética, habrá que estudiar cuál es la relación que tiene dicho circuito con el exterior y cómo se introduce y extrae energía del mismo. Así la última parte se titulará excitación de resonadores. Para continuar con esta introducción se va a realizar un repaso de las topologías básicas de los circuitos resonantes: configuración serie, o a veces llamada circuito resonante, y la configuración paralela, a veces llamada circuito anti resonante. Son dos configuraciones duales donde la diferencia estriba en que en bornes de la configuración serie, en resonancia, se produce un mínimo del módulo de la impedancia, mínimo de voltaje y máximo de corriente; mientras, en la configuración paralelo, se produce un máximo de dicho módulo, máximo de voltaje y mínimo de corriente. También es conveniente justificar este recordatorio debido a que cualquier resonador de microondas puede modelarse como un circuito RLC serie o paralelo por lo que las propiedades básicas de estos serán totalmente aplicables a los primeros. Cavidad resonante. En electromagnetismo, circuito resonante para ondas electromagnéticas de frecuencias muy altas por ejemplo, VHF y UHF. O puede decirse, un volumen cerrado por paredes conductoras dentro del cual se introduce y se extrae energía por diversos métodos es una cavidad resonante. Estudio de las cavidades resonantes El estudio de las cavidades resonantes, es una ciencia ingenieril relativamente nueva, aunque la teoría fundamental se remonta a los tiempos de Maxwell. La falta de interés ingenieril en las cavidades resonantes probablemente se debe a las frecuencias extremadamente altas requeridas para estructuras resonantes de tamaños razonables. Estas fuentes de alta frecuencias y sus equipos de pruebas asociados no estaban disponibles hasta hace poco, de manera que el trabajo experimental en este área no fue posible. El interés en las cavidades resonantes empezó en los años 30 del siglo pasado, cuando W. W. Hansen publicó dos artículos sobre resonadores eléctricos y son la base del estudio de las cavidades resonantes de nuestros tiempos. Principio de funcionamiento Se puede demostrar que una línea de transmisión cortocircuitada en ambos extremos exhibe propiedades resonantes a frecuencias cuando la longitud de onda λ, es λ/2 o un múltiple de λ/2. De la analogía directo se espera que el mismo fenómeno ocurre cuando una sección de guía de onda es cortocircuitado en ambos extremos. Cuando se colocan placas metálicas sobre los extremos de las guías, hay una región dieléctrica completamente envuelta por una superficie conductora. Hay una gran cantidad de modos de resonancia posible, de hecho, una infinidad de ellos. Para cada modo de guía de onda habrá un número infinito de múltiples de λ/2 que caben en la dirección longitudinal entre los dos extremos. Entonces una infinidad de modos es posible. Normalmente sólo los modos de orden bajo son de interés, y el de la frecuencia resonante más bajo se refiere como el modo dominante. En la solución matemática de casos geométricos sencillos como la cavidad rectangular y cavidad cilíndrica, se debe mencionar que este método de analizar las cavidades resonantes es algo restrictivo. Conduce a una solución de esas configuraciones geométricas que tengan propiedades cilíndricas generales, es decir, los que tengan la misma sección transversal arbitraria cuando se ve en cualquier punto a lo largo del eje longitudinal. En realidad una región dieléctrica de cualquier forma que se encierra por una superficie conductora exhibe propiedades resonantes y esto es la forma más general de la cavidad resonante. La solución de tal problema general es bastante difícil; enfocados en estos casos sencillos se pueden resolver utilizando la teoría de guía de onda. Tipos de cavidades resonantes Cavidad Coaxial. Cavidades de Guía de Onda. Cavidad de Segundo Armónico. Usos comunes Para seleccionar determinadas frecuencias del conjunto de ondas electromagnéticas. Oscila a unas determinadas frecuencias con una amplitud más grande para generar ondas electromagnéticas. Para seleccionar frecuencias específicas de una señal. Eliminar ondas como filtro pasa banda. Importancia La cavidad resonante es fundamental para la producción de oscilaciones en el rango de las microondas, ondas electromagnéticas; generalmente de entre 300 MHz y 30 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns a 33 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 10 mm. Las cavidades, de dimensión y forma apropiadas, forman parte central del magnetrón y klistrón o klystron, que son los dispositivos generadores de microondas. Fuente Dean, K.S.: Integrated electronics. Chapman and Hall LTD, G.B., 1967. Millmann Y Halkias: Integrated electronics, analog and digital circuits and systems. Mc Graw-Hill Book Company, EE.UU, 1972. http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo https://www.biodic.net/palabra/cavidad-resonante/#.W123Pvk3HIU
