PROPAGACIN EN

GUA DE ONDAS

Contenido

1.- Introduccin.

2.- Gua de ondas.

3.- Inyeccin de potencia.

4.- Modos de propagacin.

5.- Impedancia caracterstica.

6.- Radiacin en guas de ondas.

ANTENAS Y PRO

ltima modificacin: 21 de febrero de 2010

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Edison

1.- Introduccin

A frecuencias altas, las prdidas

en pares trenzados se incrementan por el efecto Skin.

Si aumenta la frecuencia, se

produce radiacin. En f > 1GHz

(microondas), toda la energa se radia; nada llega a la carga.

El cable coaxial elimina el problema de

radiacin, pero tiene prdidas significativas en frecuencias ms altas.

Hay coaxiales gruesos que se pueden

utilizar hasta 6 GHz, para longitudes de L 15 m. Sirven para interconectar piezas de equipos o para alimentacin.

Las guas de onda proveen una alternativa para las frecuencias de microondas, en especial para f > 6 GHz.

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2.- Gua de ondas

Una gua de ondas es un tubo o conducto por el que

viaja una onda electromagntica. Conforme viaja a lo largo de la gua, se refleja desde las paredes.

La gua contiene por completo a la seal, de manera que nada se escapa por radiacin.

Las guas de onda se hacen de aluminio, latn o bronce. Son rectangulares, elpticas.

En ocasiones, la parte interior de las guas se recubre con plata para reducir la resistencia, conservando las prdidas de transmisin en un nivel muy bajo.

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3.- Inyeccin de potencia

La seal de microondas se introduce en un extremo de la gua con una sond que produce una onda electromagntica que se propaga a travs de la gua.

Inyeccin por sonda vertical

La sonda es una antena vertical de /4 que se inserta a un g/4 del extremo cerrado, originando una onda polarizada en forma vertical (E vertical).

La onda viaja en diagonal a lo largo de la gua, reflejndose de pared a pared, por lo que slo el campo E permanece transversal a la direccin del recorrido. Esta es una onda TE.

La longitud de onda de la gua g representa la variacin del ngulo de fase a lo largo de la gua.

El extremo cerr cortocircuito (E =

g/4 (el punto de i mximo de E.

La onda que va se refleja y se des 180 por el despla por lo que llega e directa y se suma direccin a lo larg

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Inyeccin por sonda horizontal

La sonda es una antena horizontal de /4 que se inserta por el extremo cerrado de la gua, originando una onda polarizada en forma horizontal (H vertical).

La onda viaja en diagonal a lo largo de la gua, reflejndose de pared a pared, por lo que slo el campo H permanece transversal a la direccin del recorrido. Esta es una onda TM.

El extremo cerrado es un cortocircuito (equivalente a corriente mxima), por lo que junto a l se hay un mximo de H.

Inyeccin por espira

Tambin se utiliza una espira para inyectar un campo H por el extremo cerrado de la

gua, originando una onda polarizada en forma horizontal (H vertical).

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4.- Modos de propagacin

Propagacin multimodo

Son varias las formas (modos) de propagacin de la onda a lo largo de la gu

Todos los modos deben satisfacer ciertas condiciones de frontera; por ejem largo de la pared de la gua, debido a que el voltaje = 0 en un cortocircuito.

Se comprende un modo si se piensa en una onda que se mueve como si fuer luz. Para cada modo, el rayo choca con las paredes de la gua a un ngulo dis

Los modos de orden alto recorren mayor distancia.

Aunque la propagacin es a

la velocidad de la luz, la mayor distancia recorrida causa que se reduzca la velocidad efectiva a lo largo de la gua.

Es deseable tener un solo modo. En una propagacin multimodo, un pulso d al extremo lejano de la gua en diferentes tiempos, uno para cada modo. As se ensancha en el tiempo. Este es el efecto de la dispersin.

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Modos en gua rectangular

En una gua rectangular con onda vertical, aparecen modos TE. La intensida representa por flechas perpendiculares a la superficie de la gua.

Una vista de la seccin transversal (ab), muestra una configuracin de ond dentro de la gua, con el campo E que vara en forma senoidal, y toma el val largo de las paredes de la gua.

El prim sigue design ejemp repres de sem onda a

El seg por ej repres de var largo

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Frecuencia de corte en gua rectangular

Cada modo tiene una frecuencia de

corte, debajo de la cual no habr propagacin.

La propagacin monomodo se logra usando slo el modo con la frecuencia de corte mnima. A este modo se le conoce como dominante.

En una gua rectangular con a = 2b, TE10 es el modo dominante y el modo TE20 tiene una frecuencia de corte del doble de la de TE10.

Para la propagacin de TE10, debe existir al menos una distancia de C/2 a l Con base a ello se determina la frecuencia de corte.

Clongituddeondadecorte, enm.

fC

afrecuencia de corte, en Hz.

clado ms largo de la seccin de la gu

guas se utilizan a frecuencias entr

Lavelocidad de la luz, en m/s

corte y la del modo con la siguiente fC1

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Modos y frecuencia de corte en gua circular

En una gua circular, las condiciones de frontera producen

diferentes modos. El dominante es el TE11, pero tambin se utiliza el TM01 debido a su simetra circular que permite su uso en uniones giratorias (con las antenas de radar giratorias).

La frecuencia de corte que permite la propagacin de TE11,

est determinada por el dimetro D de la gua.

Clongitud de onda de corte, en m.

fC

Dfrecuenciadecorte, enHz.

cdimetro de la gua circular, en m.

velocidad de la luz, en m/s.

Se debe elegir un D para la gua, tal que la frecuencia de operacin deseada

encuentre entre la frecuencia de corte fC0 del modo dominante TE11 y la del modo superior que aparece en la gua, TE21, cuyo valor es fC1 = 1.66 fC 0.

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5.- Impedancia caracterstica

Las guas tienen tambin impedancia caracterstica. Sin embargo, a diferenci lneas, sta es una funcin de la frecuencia.

La impedancia del espacio libre es 377 . Podra esperarse que la impedanci tuviera alguna relacin con este valor, y lo tiene.

Z0Impedancia caracterstica, en.

fC

ffrecuencia de corte, en Hz.

frecuencia de operacin, en Hz.

Clculo de la longitud de onda de la gua

La longitud de onda de la gua representa la variacin del ngulo fase a lo gua. Este es un dato importante para la adaptacin de impedancia.

g fC f

longitud de onda de la gua, en m. frecuencia de corte, en Hz. frecuencia de operacin, en Hz.

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6.- Radiacin en guas de onda

Las guas de onda son radiadores ineficaces si se dejan abiertas en su extre deficiente acoplamiento de impedancia que tienen con el espacio libre, lo q ondas estacionarias y potencia reflejada.

El desacoplamiento se contrarresta acampanando el extremo de la gua par antena de bocina; por lo que stas pueden considerarse como transformad impedancia que acoplan las impedancias de las guas con las del espacio lib

Los tipos ms comunes son las de plano E y H, la piramidal y la cnica.

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FIN