Instituto Politécnico Nacional esime Zacatenco Ing Instituto Politécnico Nacional esime Zacatenco Ing. en comunicaciones y electrónica Materia: Ondas Electromagnéticas Guiadas Alumnos: Delgado Zuleta Gabriel Ulises Meraz García Alejandro Raúl

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 .

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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 .

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MODOS DE PROPAGACION EN LAS GUIAS DE ONDA RECTANGULAR Y CILINDRICA *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 .

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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 .

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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 .

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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 .

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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

Las ondas electromagnéticas viajan a lo largo de la guía de onda en diferentes configuraciones que son conocidos como 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.