Guia De Onda

Guía de Onda
Son elementos metálicos similares a una tubería destinada a transportar señales de elevada energía y frecuencia (señales de microondas). El modo de transportar la señal es mediante onda electromagnética pero a diferencia de un enlace entre dos antenas la señal viaja confinada (sin ser radiada a exterior) y permite curvar y adaptar su trayectoria. Las guías de onda tienen seccionestales que permite la propagación de las ondas electromagnéticas en su interior.
También se puede decir que la guía de onda es otro medio de comunicación también muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamentegrande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas a el receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas.
No todas las guias deonda son duras, también existen guías de onda más flexibles, existe un tipo de guía de onda que fabrica una compañía que se llama ANDREW, y a este tipo de guía de onda flexible se le conoce como Heliax.
Análisis de Guía de Onda
Las guías de onda electromagnéticas se analizan resolviendo las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones tienen soluciones múltiples, o modos, que son los auto funciones delsistema de ecuaciones. Cada modo es caracterizado por un auto valor, que corresponde a la velocidad de propagación central de la onda en la guía.
Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía. El modo longitudinal de una guía de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad. Los modostransversales se clasifican en tipos distintos:
* Modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico en la dirección de propagación es nula.
* Modo TM (Transversal magnético), la componente del campo magnético en la dirección de propagación es nula.
* Modo TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del campo eléctrico como del magnético en la dirección depropagación es nula.

* Modo híbrido, son los que sí tienen componente en la dirección de propagación tanto en el campo eléctrico como en el magnético.
Desarrollo matemático
Suponiendo una guía en la dirección z, siendo una onda monocromática (único  y constante) el campo que se propaga en el interior en la dirección de la guía será de la forma:

Suponiendo que en el interior no hay cargas nicorrientes libres las ecuaciones de Maxwell tomarán la forma:

Y la ecuación de ondas aplicando la definición de los campos (el campo magnético tendría una forma análoga):

Definiendo:

se tiene que las ecuaciones toman la forma de la ecuación de Helmholtz:

Descomponiendo el campo en componente longitudinal y transversal:

Se puede separar de la ecuación de Helmholtz la componentelongitudinal obteniendo:

La función  o  que cumple unas ciertas condiciones de contorno impuestas por el tipo de guía se denomina potencial de Debye.
Modos TE y TM
Se tratará el caso de un modo TE, para el caso del modo TM tan solo hay que intercambiar en las expresiones el campo eléctrico y magnético. En un modo TE se tiene que:

También se tiene que:

de modo que:

El campo B longitudinalserá la solución de la ecuación de Helmholtz y el campo transversal puede obtenerse a partir de la anterior expresión. El campo eléctrico vendrá dado por las ecuaciones de Maxwell. Dependiendo de la naturaleza de la guía, o  (cuyo desarrollo sería idéntico) han de cumplir unas ciertas condiciones de contorno.
Aplicaciones
Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a sus...