Guias de ondas

Cap´ ıtulo 3

Gu´ de onda y resonadores ıas
3.1. Introducci´n o

A frecuencias superiores a 3 GHz, la transmisi´n de ondas electromagn´ticas a lo largo de o e l´ ıneas y cables se vuelven m´s dif´ a ıciles, principalmente por las perdidas que se presentan en el diel´ctrico s´lido (necesario para soportar los conductores) y en los conductores mismos. e o Para solucionar esto, se puedentransmitir las ondas a trav´s de un tubo met´lico llamado e a gu´ de onda [1, 4, 6, 8]. La forma m´s com´n de estas gu´ de onda es la rectangular (corte ıa a u ıas transversal).

3.2.

La gu´ de onda rectangular ıa

Figura 3.1: (a) Gu´ de onda rectangular. (b) Condiciones de frontera el´ctrica. (c) y ıa e magn´tica e

Las corrientes inducidas en las paredes de las gu´ de onda generan un aumentoen las ıas perdidas de potencia, y para minimizarlas, la resistencia de las paredes de las gu´ de onda, ıas se debe hacer lo m´s peque˜o posible. a n 23

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CAP´ ITULO 3. GU´ IAS DE ONDA Y RESONADORES

Por el efecto skin, las corrientes tienden a concentrarse cerca al interior de la superficie de las paredes de la gu´ y estas son especialmente laminadas para reducir la resistencia. ıaAparte de determinar las perdidas, las paredes de la gu´ de onda deben ser considerados ıa como conductores perfectos. Dos importantes condiciones limites resultan, las cuales determinan el modo de propagaci´n de una onda electromagn´tica a lo largo de la gu´ [1, 4, 6, 8]: o e ıa Los campos el´ctricos deben terminar normalmente en el conductor, ya que la come ponente tangencial del campo el´ctrico debeser cero. e Los campos magn´ticos deben estar enteramente tangenciales a lo largo de la superficie e de la pared, esto es, que la componente normal del campo magn´tico debe ser cero. e

Figura 3.2: Condiciones de frontera.

Conociendo esas condiciones limite, deben proveer una forma simple de visualizar como los varios modos de transmisi´n de la gu´ de onda ocurren. o ıa Aunque el espectro defrecuencia de una microonda se extiende desde los 300 MHz hasta los 300 GHz, las l´ ıneas de transmisi´n pueden ser utilizadas para la parte baja del rango. o Por encima de unos 3 GHz, las gu´ de onda se vuelven necesarias, donde grandes canıas tidades de potencia deben ser transmitidas, por lo que las l´ ıneas de transmisi´n, a excepci´n o o de algunas construcciones, son inoperables. Lascondiciones limite ya mencionadas excluyen la posibilidad de que la gu´ de onda ıa soporte la propagaci´n electromagn´tica transversal (TEM), desde que el campo magn´tico o e e este en los ´ngulos correctos a la direcci´n de propagaci´n (a lo largo del eje de la gu´ de a o o ıa onda) y por lo tanto podr´ tener una terminaci´n normal a los lados de las paredes, lo cual ıa o no puede suceder. Una posiblesoluci´n es para el campo magn´tico, al formar lazos a lo o e largo de la direcci´n de propagaci´n [8]. o o La variaci´n del campo el´ctrico como una funci´n de distancia a lo largo de la direcci´n o e o o de propagaci´n y de la secci´n transversal se ve en la Figura 3.3. o o El modo de propagaci´n esbozado es conocido como el modo el´ctrico transverso (TE) o e porque el campo el´ctrico estotalmente transverso a la direcci´n de propagaci´n. Esto es e o o tambi´n conocido como un modo H. e

3.3. GU´ DE ONDA RECTANGULAR IA

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Figura 3.3: (a) Posible configuraci´n del campo para una gu´ de onda. (b) Amplitud del o ıa campo el´ctrico a lo largo de la gu´ (c) Amplitud del campo el´ctrico a lo ancho de la gu´ e ıa. e ıa

3.3.

Gu´ de onda rectangular ıa

Ya se ha considerado que laonda de modo superior consiste en dos ondas componentes planas TEM y luego se aplica la condici´n en la frontera de que la componente tangencial o ˆ debe hacerse cero en las paredes perfectamente conductoras de la del campo resultante E gu´ Este m´todo podr´ extenderse para proporcionar informaci´n m´s completa acerca ıa. e ıa o a de las ondas en una gu´ de onda hueca [1, 4, 6, 8]. ıa En este...