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PROPAGACIÓN EN PROPAGACIÓN EN GUÍA DE ONDAS GUÍA DE ONDAS GUÍA DE ONDAS GUÍA DE ONDAS Contenido Contenido 1. 1.- Introducción. Introducción. 2.- Guía de ondas. Guía de ondas. 3.- Inyección de potencia. Inyección de potencia. 4. 4.- Modos de propagación. Modos de propagación. 5. 5.- Impedancia característica. Impedancia característica. 6. 6.- Radiación en guías de ondas. Radiación en guías de ondas. Úl i difi ANTENAS Y PROPAGACIÓN ANTENAS Y PROPAGACIÓN DE ONDAS DE ONDAS Tema 3 de: Tema 3 de: Última modificacn: 21 de febrero de 2010 1 www.coimbraweb.com Edison Coimbra G. Edison Coimbra G.

4.3 Propagacion Guia

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PROPAGACIN EN GUA DE ONDAS Contenido1.1.- Introduccin. 2.- Gua de ondas. 3.- Inyeccin de potencia. 4.4.- Modos de propagacin. 5.5.- Impedancia caracterstica. 6.6.- Radiacin en guas de ondas.Tema 3 de: ANTENAS Y PROPAGACIN DE ONDAS Edison Coimbra G.1

ltima modificacin: l i difi i 21 de febrero de 2010www.coimbraweb.com

1.1.- IntroduccinA frecuencias altas, las prdidas en pares trenzados se incrementan por el efecto Skin. Si aumenta la frecuencia, se produce radiacin En f > 1GHz radiacin. (microondas), toda la energa se radia; nada llega a la carga. El cable coaxial elimina el problema de radiacin, pero tiene prdidas significativas en frecuencias ms altas. Hay coaxiales gruesos que se pueden utilizar hasta 6 GHz, para longitudes de L 15 m. Sirven para interconectar piezas de equipos o para alimentacin.

Las guas de onda proveen una alternativa para las frecuencias de microondas, en especial para f > 6 GHz GHz.www.coimbraweb.com

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2.2.- Gua de ondasUna gua de ondas es un tubo o conducto por el que viaja una onda electromagntica. Conforme viaja a lo largo de la gua, se refleja desde las paredes. La gua contiene por completo a la seal, de manera que nada se escapa por radiacin. d di i Las guas de onda se hacen de aluminio, latn o bronce. Son rectangulares, circulares o elpticas.

En E ocasiones, l parte i t i i la t interior de las guas se recubre con plata para reducir la resistencia, conservando las p prdidas de transmisin en un nivel muy bajo. 3

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3.3.- Inyeccin de potenciaLa seal de microondas se introduce en un extremo de la gua con una sonda tipo antena que produce una onda electromagntica que se propaga a travs de la gua.

Inyeccin por sonda verticalLa sonda es una antena vertical de /4 que se inserta a un g/4 del extremo cerrado, originando una onda polarizada en forma vertical (E vertical). E La onda viaja en diagonal a lo largo de la gua, j g g g reflejndose de pared a pared, por lo que slo el campo E permanece transversal a la direccin del recorrido. Esta es una onda TE TE. La longitud de onda de la gua g representa la variacin del ngulo de fase a lo largo de la gua. El extremo cerrado es un cortocircuito (E = 0), por lo que a un E g/4 (el punto de insercin) hay un mximo de E. La onda que va al extremo cerrado se refleja y se desfasa 180 y otros 180 por el desplazamiento (g/2), p p / ), por lo que llega en fase con la onda directa y se suma a ella en la direccin a lo largo de la gua. 4

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Inyeccin por sonda horizontalLa sonda es una antena horizontal de /4 que se inserta por el extremo cerrado de la gua, originando una onda polarizada en forma horizontal (H vertical). H La onda viaja en diagonal a lo largo de la gua, reflejndose de pared a pared, por lo que slo el campo H permanece transversal a la direccin del recorrido. Esta es una onda TM TM. El extremo cerrado es un cortocircuito (equivalente a corriente mxima), por lo que junto a l se hay un mximo de H.

Inyeccin por espiraTambin se utiliza una espira para inyectar un campo H por el extremo cerrado de la gua, originando una onda polarizada en forma horizontal (H vertical). H

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4.4.- Modos de propagacinPropagacin multimodoSon varias las formas (modos de propagacin de la onda a lo largo de la gua. modos) Todos los modos deben satisfacer ciertas condiciones de frontera; por ejemplo E = 0 a lo largo de la pared de la gua, debido a que el voltaje = 0 en un cortocircuito. Se comprende un modo si se piensa en una onda que se mueve como si fuera un rayo de luz. Para cada modo, el rayo choca con las paredes de la gua a un ngulo distinto. Los modos de orden alto recorren mayor distancia. Aunque la propagacin es a la velocidad de la luz, la mayor distancia recorrida causa que se reduzca la velocidad efectiva a lo largo de l d la gua.

Pulso disperso

Es deseable tener un solo modo. En una propagacin multimodo, un pulso de energa llega g g g al extremo lejano de la gua en diferentes tiempos, uno para cada modo. As que el pulso se ensancha en el tiempo. Este es el efecto de la dispersin.www.coimbraweb.com

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Modos en gua rectangularEn una gua rectangular con onda vertical, aparecen modos TE. La intensidad de E se representa por fl h perpendiculares a l superficie d l gua. t flechas di l la fi i de la Una vista de la seccin transversal (ab), muestra una configuracin de onda estacionaria dentro de la gua, con el campo E que vara en forma senoidal, y toma el valor de E = 0 a lo largo de las paredes de la gua. g p g

El primer nmero que sigue a la designacin, por ejemplo TE21, representa el nmero de semiciclos de la onda a lo largo de a. El segundo nmero, por ejemplo TE21, representa el nmero de variaciones a lo largo de b. 7

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Frecuencia de corte en gua rectangularCada modo tiene una frecuencia de corte debajo de la cual no habr corte, propagacin. La propagacin monomodo se logra usando slo el modo con la frecuencia de corte mnima. A este modo se le conoce como dominante dominante. En una gua rectangular con a = 2b, TE10 es el modo dominante y el modo TE20 tiene una f i frecuencia d corte d l i de del doble de la de TE10.

Para la propagacin de TE10, debe existir al menos una distancia de Con base a ello se determina la frecuencia de corte.

C/2 a lo largo de a.

C fC a c

longituddeondadecorte,enm. longitud de onda de corte en m frecuenciadecorte,enHz. ladomslargodelaseccindelagua,enm. velocidaddelaluz,enm/s

La guas se utilizan a frecuencias entre su fC0 de corte y la del modo con la siguiente fC1 de corte !!!!www.coimbraweb.com

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Modos y frecuencia de corte en gua circularEn una gua circular, las condiciones d f di i de frontera producen t d diferentes modos. El dominante es el TE11, pero tambin se utiliza el TM01 debido a su simetra circular que permite su uso en q p uniones giratorias (con las antenas de radar giratorias). La frecuencia de corte que permite la propagacin de TE11, est determinada por el dimetro D de la gua.

C fC D c

longituddeondadecorte,enm. frecuenciadecorte,enHz. frecuencia de corte en Hz dimetrodelaguacircular,enm. velocidaddelaluz,enm/s.

Se debe elegir un D para la gua, tal que la frecuencia de operacin deseada se gua encuentre entre la frecuencia de corte fC0 del modo dominante TE11 y la del primer modo superior que aparece en la gua, TE21, cuyo valor es fC1 = 1.66 fC0.www.coimbraweb.com

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5.5.- Impedancia caractersticaLas guas tienen tambin impedancia caracterstica Sin embargo a diferencia de las caracterstica. embargo, lneas, sta es una funcin de la frecuencia. La impedancia del espacio libre es 377 . Podra esperarse que la impedancia de la gua tuviera alguna relacin con este valor, y lo tiene.

Z0 Impedanciacaracterstica,en. fC frecuenciadecorte,enHz. f frecuenciadeoperacin,enHz. f i d i H

Clculo de la longitud de onda de la guaLa longitud de onda de la gua representa la variacin del ngulo fase a lo largo de la gua. Este es un dato importante para la adaptacin de impedancia.

g longituddeondadelagua,enm.fC frecuenciadecorte,enHz. f frecuenciadeoperacin,enHz.

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6.6.- Radiacin en guas de ondaLas guas de onda son radiadores ineficaces si se dejan abiertas en su extremo, debido al deficiente acoplamiento de impedancia que tienen con el espacio libre, lo que produce ondas estacionarias y potencia reflejada. El desacoplamiento se contrarresta acampanando el extremo de la gua para crear una antena de bocina; p lo que stas pueden considerarse como transformadores de ; por q p impedancia que acoplan las impedancias de las guas con las del espacio libre. Los tipos ms comunes son las de plano E y H, la piramidal y la cnica.

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FIN

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