Tecnologo

5 Guías de onda

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5 Guías de onda
Parece evidente que, en cualquier situación realista en la que se quieran estudiar los
campos dependientes del tiempo, deben existir límites o paredes en la región bajo análisis.
En estos casos las soluciones para los campos en el medio no podrán ser, en general, ondas
planas uniformes de extensión infinita, ya que, además de satisfacer las ecuacionesde
Maxwell, deben cumplir las condiciones de frontera en los límites de la región que se
considera. En este capítulo, avanzando un paso más en el grado de confinamiento de los
campos respecto a las situaciones que se vieron en el capítulo anterior (con la presencia de
medios semiinfinitos), se van a estudiar las guías de onda. Una guía de onda puede ser
definida como una estructura destinadaa la propagación dirigida y acotada de radiación
electromagnética. El medio dieléctrico en el que esta propagación se produce está limitado,
ya sea por un material conductor (para microondas y radiofrecuencia), ya sea por otro
dieléctrico (para frecuencias ópticas). Desde el punto de vista geométrico las formas más
comunes, aunque no únicas, de guías de onda tienen secciones rectangulares ocilíndricas.

5.1 Guías de onda y líneas de transmisión
Existen en la práctica numerosos tipos de estructuras que, con toda propiedad,
pueden ser catalogadas como guías de onda. Tal y como se ha mencionado, se emplean para
transmitir ondas electromagnéticas punto a punto de una forma eficiente. Por lo general se
trata de señales de información de elevada frecuencia y que no podrían sertransmitidas por
otros métodos, debido a que la transmisión no sería eficiente, como es el caso de las señales
ópticas (que se transmiten preferentemente por fibra a grandes distancias, y no a través de la
atmósfera), o bien porque producirían interferencias en otros equipos, como las microondas,
entre 0,3 y 10 GHz. En este capítulo trataremos de los tipos más sencillos de guías de onda,
como sonlas guías de paredes conductoras de sección rectangular o circular, el cable coaxial
y las fibras ópticas. No se trata tampoco de un estudio completo, aunque sí suficientemente
amplio como introducción a este tema. Existen otras estructuras, como las guías y fibras de
sección elíptica, y las líneas micro-strip, así como las guías dieléctricas tipo canal, que tienen
gran importancia tecnológica,algunas de las cuales se ven con detalle en cursos posteriores.

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Campos electromagnéticos

Las guías de onda deben ser tratadas a partir de los modos de vibración y
propagación electromagnéticos que son capaces de soportar y, en general, no es posibleestablecer de forma inmediata un modelo circuital equivalente. En este aspecto se suelen
distinguir de otras estructuras guiantes, como sería, por ejemplo, un par bifilar, donde sí
existe un modelo sencillo de análisis mediante tensiones y corrientes. A este segundo tipo de
guías se las denomina líneas de transmisión. En este capítulo nos centraremos, sin embargo,
casi exclusivamente, en el primerode los tipos mencionados.

5.2 Guías conductoras de sección rectangular
Vamos a considerar el caso de una guía de onda limitada en sus dos dimensiones
transversales por un material conductor (que aproximaremos como perfecto) y en cuyo
interior existe un medio dieléctrico lineal, homogéneo e isótropo (Fig. 5.1). La expresión de
las ecuaciones de Maxwell en notación fasorial, excluyendo las...