LECCIÓN 41. TIPOS DE GUÍAS DE ONDA

Figura 87. Guía de Onda

Una línea de transmisión de hilos paralelos no puede propagar con eficiencia energía electromagnética, inclusive en cables coaxiales, en donde la frecuencia de la señal sea superior a 20 GHz. debido a diferentes factores de atenuación propias de los materiales con los cuales esta constituida la línea de transmisión. Otra limitante ocurre cuando se desean propagar señales de alta potencia las cuales no se pueden propagar por líneas de transmisión convencionales por tal razón es necesario recurrir a medios físicos de transmisión alternativa capaz de soportar estas adversidades en formas óptimas tales como: fibra óptica y guías de onda.

Una guía de onda es un tubo de conductor hueco el cual puede ser rectangular, circular o elíptico. Sus dimensiones rigen las condiciones de propagación de ondas electromagnéticas por su interior sirviendo su periferia como guía de conducción para las ondas, una guía de onda no conduce corriente en el sentido estricto, más bien, sus paredes son conductores y permiten reflejar la energía electromagnética en su superficie.

En una guía de onda la propagación de la energía no ocurre sobre las paredes sino a través del dieléctrico en el interior el cual en la mayoría de los casos es aire, la energía electromagnética que viaja por una guía de onda lo hace en trayectoria de zigzag reflejándose y rebotando sobre las paredes que las constituyen.

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.

 

1.3.      BALANCEO DE IMPEDANCIA

 

Figura 88. Balanceo de impedancias en guías de onda

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.

2.      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:

 


 

d: Diámetro de la guía de onda (metros)

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.

 

Figura 89. Antena Guía de onda hecha con un tubo de desagüe. 

                Se está conectando a 10 km de distancia.

 

La antena de la figura 89, 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.

 

3.      GUÍA DE ONDA RÍGIDA

La figura 90, muestra dos clases de guía de onda rígida. Esta clase de guías es más costosa en su fabricación que las rectangulares normales; sin embargo, permite también el funcionamiento a menores frecuencias, para determinado tamaño. En consecuencia, es posible tener menores dimensiones generales de guía de ondas cuando son con entrantes. Esta característica, combinada con su mayor costo, limita su utilidad a aplicaciones especializadas.

 


 

Figura 90. Guía de onda rígida. (a) un entrante; (b) doble entrante

 

4.      GUÍA DE ONDA FLEXIBLE

La figura 91, muestra un tramo de una guía de ondas rectangular flexible. Consiste de  bandas en espiral, de latón o cobre. El exterior esta recubierto con un dieléctrico suave, normalmente de hule, para mantener hermética la guía de onda al aire y al agua. En los sistemas de microondas se usan tramos cortos de guía de onda flexible, cuando se interconectan varios transmisores y receptores con una unidad compleja de combinación o de separación. También, se utilizan mucho las guías de onda flexibles en los equipos de prueba de microondas.

 

 

 

Figura 91. Guía flexible de ondas