Guas de Onda

Qu son Guas de Onda?Una gua de onda, es un tubo conductor hueco, que generalmente es de seccin transversal rectangular, o bien circular o elptica. Las dimensiones de esta de la seccin transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnticas se propaguen dentro del interior de la gua; cabe recordar que las ondas electromagnticas no necesitan un medio material para propagarse.Las paredes de la gua de onda son conductores y por lo tanto reflejan energa electromagntica de la superficie. En una gua de onda, la conduccin de energa no ocurre en las paredes de la gua de onda sino a travs del dielctrico dentro de la gua de onda. La energa electromagntica se propaga a lo largo de la gua de onda reflejndose hacia un lado y otro en forma de zig-zag.Sus prdidas son menores que las de lneas de Tx y opera en un rango de frecuencia mayor a 1GHz (microondas) que es en la frecuencia donde las lneas de cables paralelos y coaxiales se vuelven inoperables.Gua de Onda RectangularLas guas de onda rectangulares son las formas ms comunes de guas de onda. La energa electromagntica se propaga a travs del espacio libre como ondas electromagnticas transversales (TEM) con un campo magntico, un campo elctrico, y una direccin de propagacin que son mutuamente perpendiculares. Una onda no puede viajar directamente hacia abajo de una gua de onda sin reflejarse a los lados, por que el campo elctrico tendra que existir junto a una paredconductiva. Si eso sucediera, el campo elctrico hara un cortocircuitopor las paredes en s. Para propagar una onda TEM exitosamente a travs de una gua de onda, la onda debe propagarse a lo largo de la gua en forma de zig-zag, con el campo elctrico mximo en el centro de la gua y cero en la superficie de las paredes.c = c / 2aDonde: c : frecuencia de corte (Hz)c = 3x108 (m/s) (velocidad de la luz del espacio libre)a : longitud en seccin transversal (m)* Llamaremos a como la ms anchas de las dos dimensiones.En trminos de longitud de onda:c = 2ac : longitud de onda de cortea : longitud en seccin transversal (m)

La velocidad de las ondas en una gua de onda, vara con la frecuencia. Existen dostipos develocidades:-Velocidad de Fase (velocidad a la que una onda cambia de fase)-Velocidad de Grupo (velocidad a la que se propaga una onda)Propiedades delas Ondas ElectromagnticasVelocidad de fase: La velocidad de fase es la velocidad a la que una onda cambia de fase en una direccin paralela a una superficie conductora, como las paredes de una gua de onda.Vf = Donde: Vf : velocidad de fase (m/s) : frecuencia (Hz) : longitud de ondaVelocidad de grupo: La velocidad de grupo es la velocidad en la que se propagan las seales de informacin de cualquier tipo o la velocidad de un grupo de seales (pulso). Tambin es la velocidad a la que se propaga la energa. Esta se puede medir mediante el tiempo que tarda un pulso en propagarse por una longitud dada de una gua de onda.Vg Vf = c2Donde: Vg : velocidad de grupo (m/s)Vf : velocidad de fase (m/s)c = 3x108 (m/s) (velocidad de la luz del espacio libre)Nota: Si estas velocidades son iguales en el espacio libre y en las lneas de transmisin de cables paralelos, pero si se miden con la misma frecuencia de la gua de onda, las dos velocidades sern diferentes. En estos casos la velocidad de fase es siempre igual o mayor que la velocidad de grupo.A continuacin se presenta la relacin matemtica entre la longitud de onda en el espacio libre, la longitud de la gua y la velocidad de espacio libre de las ondas electromagnticas:g = o (Vf / c)Donde: g : longitud de onda de la guao : longitud de onda del espacio libreVf : velocidad de fase (m/s) c = 3x108 (m/s) (velocidad de la luz del espacio libre)Frecuencia de corte: Es la mnima frecuencia de operacin que posee una gua de onda. Las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte no sern propagadas por la gua de onda. Longitud de onda de corte: Es la longitud de onda mnima que puede propagarse en una gua de onda. Tambin puede definirse como la longitud de onda del espacio libre ms pequea incapaz de propagarse en la gua de onda, o sea que solamente las frecuencias con longitudes de onda menores a la longitud de onda de corte pueden propagarse a lo largo de la gua de onda.Nota: La frecuencia y la longitud de onda de corte sedeterminanpor las dimensiones de seccin transversal de la gua de onda.A continuacin se presenta la relacin matemtica entre la longitud de onda de la gua en una frecuencia determinada y la frecuencia de corte:- g = c / (2 c2)

- g = 0 / 1 (c / )2- Vf = c / 1 (c / )2Donde: g : longitud de onda en la guao : longitud de onda del espacio libre : frecuencia de operacin (Hz)c : frecuencia de corte (Hz)c = 3x108 (m/s) (velocidad de la luz del espacio libre)Nota: Si la se vuelve menos que la c la velocidad de fase se vuelve imaginaria, lo cual significa que la onda no se est propagando. Y conforme la frecuencia de operacin se acerca a la frecuencia de corte, la velocidad de fase y la longitud de onda de la gua se vuelven infinitos, y la velocidad de grupo tiende a cero.Modos de propagacinLas ondas electromagnticas viajan a lo largo de la gua de onda en diferentes configuraciones que son conocidos como modos de propagacin.Los modos se designan segn las direcciones que los campos elctrico y magntico de la onda electromagntica asumen respecto de la direccin de propagacin. Existen estndares ya definidos para guas de onda rectangulares como TEm n para ondas elctricas transversales y TMmn para ondas magnticas transversales; en ambos casos, m y n son enteros designando el nmero de medias longitudes de onda de intensidad ya sea elctrica o magntica, que existen entre cada par de paredes (m en el eje X y n en el eje Y).As tenemos modos "transversales elctricos" (TE) donde solo el campo elctrico de la onda es perpendicular a la direccin de propagacin y modos "transversales magnticos" (TM) donde slo el campo magntico es perpendicular a la direccin de propagacin.

Impedancia CaractersticaLa impedancia caracterstica es igual a la de una lnea de transmisin, con relacin al acoplamiento de la carga, reflexiones de la seal y ondas estacionarias. La impedancia caracterstica de una gua de onda se expresa matemticamente como:Zo = 377 / 1 (c / )2Donde: Zo : Impedancia caracterstica () : frecuencia de operacin (Hz)c : frecuencia de corte (Hz)Nota: Zo por lo general es mayor a 377 . En la frecuencia de corte Zo se vuelve infinito, y a una frecuencia igual al doble de la frecuencia de corte (2 c), Zo = 435 Otros Tipos de Guas de OndaGuas de Onda CircularesLa gua de onda circular es por mucho la ms comn, pero esta es ms utilizada para radares y microondas. En guas de onda se utilizan cuando es necesario o ventajoso propagar tanto ondas polarizadas verticales como horizontales en la misma gua de onda.El comportamiento de las ondas electromagnticas en la gua de onda circular es el mismo como en la gua de onda rectangular. Pero debido a la diferente geometra, algunos de lo clculos se realizan diferentes.La longitud de onda de corte para una gua de onda circular es la siguiente:0 = 2 r / krDonde: o : longitud de onda del espacio librer = radio interno de la gua de onda (m)kr = solucin de una ecuacin de funcin BesselLa longitud de onda para el modo TE1.1 se reduce a:0 = 1.7dDonde: d = dimetro (m)kr = 1.7La gua de onda circular es ms fcil de construir que una gua de onda rectangular y ms fcil de unir. Una de las desventajas es que la gua de onda circular tiene un rea mucho ms grande que una gua de onda rectangular y ambas llevan la misma seal.

Gua de Onda AcanaladaEste tipo de guas permite la operacin a frecuencias ms bajas para un tamao determinado. Sin embargo, las guas de onda acanaladas son ms costosas de fabricar que la gua de onda rectangular estndar. Una gua de onda acanalada tiene ms prdida por unidad de longitud que la gua de onda rectangular. Por este motivo y el alto costo es que este tipo de gua se limita a utilizarse slo en aplicaciones especializadas.Guas de Onda FlexiblesLas guas de onda flexibles consisten de listones envueltos en espiral de latn o cobre. La parte exterior est cubierta con una capa suave dielctrica por lo general conformada de hule, para mantener la gua de onda hermtica contra agua y aire. Pequeos pedazos de gua de onda flexible se utilizan en los sistemas de microondas cuando varios transmisores y receptores estn interconectados a una unidad compleja para combinar o separar. La gua de onda flexible tambin se utiliza extensamente en equipo para pruebas de microondas.Ventajas y Desventajas de una Gua de OndaLas guas de onda presentan las siguientes ventajas y desventajas con respecto a las lneas de Tx y una lnea coaxial. Ventajas.a) Blindaje total, eliminando prdidas por radiacin.b) No hay prdidas en el dielctrico, pues no hay aisladores dentro.c) Las prdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor.d) Mayor capacidad en el manejo de potencia.e) Construccin ms simple que un coaxialDesventajas.a) La instalacin y la operacin de un sistema de GdO son ms complejas.b) Considerando la dilatacin y contraccin con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales.c) Se debe mantener sujeta a presurizacin para mantener las condiciones de uniformidad del medio interior