Guia de ondas de seccion rectangular y circular

¿Qué una Guía de Onda?

Una guía de onda es un tubo conductor hueco, que generalmente es de sección transversal rectangular, o bien circular o elíptica. Las dimensiones de la sección transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnéticas se propaguen dentro del interior de la guía; cabe recordar que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la guía de onda son conductores y por lo tanto reflejan energía electromagnética de la superficie. En una guía de onda, la conducción de energía no ocurre en las paredes de la guía de onda sino a través del dieléctrico dentro de la guía de onda. La energía electromagnética se propaga a lo largo de la guía de onda reflejándose hacia un lado y otro en forma de “zig-zag”.

En electromagnetismo y en telecomunicación, una guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada, son imprácticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.

La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia.

Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.

En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.

TIPOS DE GUÍAS DE ONDAS

Existen muchos tipos de guías de onda, presentándoles aquí las más importantes:

• Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica).

• Guía de onda de haz: Guía de Onda constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.

• Guía de onda tabicada: Formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metálico.

• Guía de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.

• Guía de onda carga periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficie de contorno.

• Guía de onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA GUÍA DE ONDA

Las guías de onda presentan las siguientes ventajas y desventajas con respecto a las líneas de “Tx” y una línea coaxial.

Ventajas
a) Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación
b) No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro
c) Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor
d) Mayor capacidad en el manejo de potencia
e) Construcción más simple que un coaxial


Desventajas.a) La instalación y la operación de un sistema de Gd O son más complejas.
b) Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales
c) Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de uniformidad del medio interior.

1. GUÍA DE ONDA RECTANGULAR

Es el tipo de onda más popular que existe. Para que una onda electromagnética pueda viajar a través de una guía de onda debe ser capaz de satisfacer las ecuaciones de Maxwell, por tal razón, las ondas electromagnéticas deben propagarse en el interior de la guía de onda en forma de zigzag porque si lo hiciera en línea recta el campo eléctrico se pondría en corto con las paredes de la guía de onda evitando que la onda se propagara en su interior.

En las líneas de transmisión la velocidad de la onda no depende de su frecuencia sin embargo existen dos clases de velocidad que se deben tener en cuenta: velocidad de fase y velocidad de grupo.

La velocidad en fase es la velocidad aparente de una fase determinada de la onda, es aquella con la que cambia de fase una onda en dirección paralela a una superficie conductora a continuación se ilustra la expresión que permite calcular la velocidad de fase la cual depende de la frecuencia y longitud de onda de la señal.

En las guías de onda es necesario el uso de elementos que permitan el balanceo o compensación de impedancias de igual forma como ocurre en las líneas de transmisión de  hilos paralelos. Estos acoples deben ser equivalentes a elementos reactivos tales como: inductancias o capacitancias. Consisten en diafragmas o laminas metálicas delgadas instaladas perpendicularmente a las paredes de las guías de onda unidas a ella en sus orillas formando una abertura. Cuando la abertura es paralela a las paredes cortas su comportamiento es inductivo pero si las paredes son largas se considera capacitivo y su valor reactivo es proporcional al tamaño de la abertura.

GUÍA DE ONDA CIRCULAR

Cuando se presentan aplicaciones en donde es necesario propagar ondas polarizadas vertical y horizontalmente por la misma guía de onda. Tal como ocurre en aplicaciones de radar y microondas, es necesario el uso de guías de ondas circulares. Su comportamiento es igual que el de las guías rectangulares, sin embargo, la longitud de onda de corte se calcula por la siguiente expresión:

Una de las principales ventajas de las guías de ondas circulares sobre las rectangulares es que son más fáciles de fabricar y de empalmar.  Entre las desventajas está un área mucho mayor; complementándose con el hecho de que una onda que viaja por una guía de onda circular con polarización horizontal podría cambiar a polarización vertical y viceversa. 

 Antena Guía de onda hecha con un tubo de desagüe. 

La antena, es de la más  fácil de construir para la banda de 2,4 GHz y presenta un excelente rendimiento, con ganancias de hasta 12 dBi.