GUIA DE ONDAS RECTANGULAR

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLGICA DEL CONO SUR DE LIMA(UNTELS)INGENIERA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES

LINEAS DE TRANSMISION Y ANTENASTITULO: GUA DE ONDA RECTANGULARINTEGRANTES: Almonacid Cardenas Jean Carlos Anyosa Valente Bryan Colque Vega Renzo Peralta Guerrero Juan Carlos Purca Peralta Julio Quin Muoz Santos

DOCENTE: Marco Rivera CorralesLIMA - PERU201517 DE JUNIO DEL 2015INDICE

1.MARCO TERICO32.DESARROLLO DEL TEMA:53.APLICACIONES DE LAS GUAS DE ONDA EN EL MBITO NACIONAL Y MUNDIAL144.CONCLUSIONES205.BIBLIOGRAFA216.ANEXOS22

1. MARCO TERICOIntroduccin.Algunos sistemas de comunicaciones utilizan la propagacin de ondas en el espacio libre, sin embargo tambin se puede transmitir informacin mediante la confinacin de las ondas en cables o guas. En altas frecuencias las lneas de transmisin y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la trasmisin de la informacin sea la adecuada, son imprcticos para aplicaciones en HF o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de seales cuyas longitudes de onda son del orden de centmetros, esto es, microondas.La transmisin de seales por guas de onda reduce la disipacin de energa, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propsito que las lneas de trasmisin en frecuencias ms bajas, ya que presentan poca atenuacin para el manejo de seales de alta frecuencia.El nombre de guas de onda se utiliza para designar los tubos de un material conductor de seccin rectangular, circular o elptica, en los cuales la direccin de la energa electromagntica debe ser principalmente conducida a lo largo de la gua y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexin en la superficie, donde el tubo puede estar vaco o relleno con un dielctrico. El dielctrico le da soporte mecnico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagacin.En las guas los campos elctrico y magntico estn confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay prdidas de potencia por radiacin y las prdidas en el dielctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurra en los sistemas de transmisin abiertos.La gua de onda se puede visualizar de una manera simplificada en la figura, suponiendo que est formada por dos lminas conductoras y que el transporte de la energa electromagntica se lleva a cabo mediante reflexiones continuas y no por medio de corrientes superficiales, como en el caso de las lneas de transmisin.

La gua est diseada fundamentalmente para operar un solo modo de propagacin con el ancho de banda requerido, atenuando los dems modos de orden superior. En otras palabras, esto quiere decir que transmite ptimamente la frecuencia portadora, para la cual se ha seleccionado la gua con su respectivo ancho de banda de transmisin.En ste trabajo slo se profundizar en guas de onda rectangular, pero existen varios tipos de guas de onda, entre los tipos de guas ms importantes se encuentran: Gua de onda rectangular (circular, elptica): Son aquellas cuya seccin transversal es rectangular (circular, elptica). Guas de onda (lnea de transmisin) de haz: Gua de onda (lnea de transmisin), constituida por una sucesin de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagntica. Gua de onda tabicada: formada por dos cilindros metlicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metlico. Gua de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Gua de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensin. Gua de onda cargada peridicamente: Gua de onda en las que la propagacin viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficies de contorno. Gua de onda dielctrica: formada ntegramente por uno o varios materiales dielctricos, sin ninguna pared conductora.

1.1. Qu una Gua de Onda?Una gua de onda es un tubo conductor hueco, que generalmente es de seccin transversal rectangular, o bien circular o elptica. Las dimensiones de la seccin transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnticas se propaguen dentro del interior de la gua; cabe recordar que las ondas electromagnticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la gua de onda son conductores y por lo tanto reflejan energa electromagntica de la superficie. En una gua de onda, la conduccin de energa no ocurre en las paredes de la gua de onda sino a travs del dielctrico dentro de la gua de onda. La energa electromagntica se propaga a lo largo de la gua de onda reflejndose hacia un lado y otro en forma de zig-zag.En electromagnetismo y en telecomunicacin, una gua de onda es cualquier estructura fsica que gua ondas electromagnticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagacin de ondas en el espacio libre, sin embargo tambin se puede transmitir informacin mediante el confinamiento de las ondas en cables o guas. En altas frecuencias las lneas de transmisin y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisin de la informacin sea la adecuada, son imprcticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las seales cuyas longitudes de onda son del orden de centmetros, esto es, microondas.La transmisin de seales por guas de onda reduce la disipacin de energa, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propsito que las lneas de transmisin en frecuencias ms bajas, ya que se presentan poca atenuacin para el manejo de seales de alta frecuencia.Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de seccin rectangular, circular o elptica, en los cuales la energa electromagntica ha de ser conducida principalmente a lo largo de la gua y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexin, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vaco o relleno con un dielctrico. El dielctrico le da soporte mecnico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagacin.En las guas, los campos elctricos y los campos magnticos estn confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay prdidas de potencia por radiacin y las prdidas en el dielctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurra en los sistemas de transmisin abiertos.2. DESARROLLO DEL TEMA:

2.1. GUA DE ONDA RECTANGULARLas guas de onda rectangulares son las formas ms comunes de guas de onda. La energa electromagntica se propaga a travs del espacio libre como ondas electromagnticas transversales (TEM) con un campo magntico, un campo elctrico, y una direccin de propagacin que son mutuamente perpendiculares. Una onda no puede viajar directamente hacia abajo de una gua de onda sin reflejarse a los lados, porque el campo elctrico tendra que existir junto a una pared conductiva. Si eso sucediera, el campo elctrico hara un corto circuito por las paredes en s. Para propagar una onda TEM exitosamente a travs de una gua de onda, la onda debe propagarse a lo largo de la gua en forma de zigzag, con el campo elctrico mximo en el centro de la gua y cero en la superficie de las paredes. Consideramos una gua de onda de seccin rectangular de dimensiones a x b, de contorno conductor y rellena de un material homogneo.

Gua de Onda conductora de seccin rectangular.Tomaremos el eje Z como direccin de propagacin de las ondas en el interior de la gua de onda rectangular. Las direcciones X y Y sern direcciones transversales a la propagacin.

2.2. Modos de propagacin de la OndaLas ondas electromagnticas viajan a travs de las guas por medio de diversas configuraciones a las que llamamos nodos de propagacin.Un modo es la manera en la que la energa se puede propagar a lo largo de la gua de onda, cabe aclarar que todos modos deben satisfacer ciertas condiciones de frontera para que se puedan dar. Los modos de propagacin dependen de la longitud de onda, de la polarizacin y de las dimensiones de la gua.El modo longitudinal de una gua de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad.Los modos transversales se clasifican en tipos distintos: Modo TE (Transversal elctrico), la componente del campo elctrico en la direccin de propagacin es nula. Modo TM (Transversal magntico), la componente del campo magntico en la direccin de propagacin es nula. Modo TEM (Transversal electromagntico), la componente tanto del campo elctrico como del magntico en la direccin de propagacin es nula. Modo hbrido, son los que s tienen componente en la direccin de propagacin tanto en el campo elctrico como en el magntico.En guas de onda rectangulares el modo fundamental es el TE10 y en guas de onda circulares es el TE11Modo de propagacin transversal elctrico TE:El campo elctrico no tiene componente en el eje z.

Si Para hallar partiremos de esta ecuacin:

La solucin general para es:

Donde A, B, C y D son constantes complejas a determinar a partir de las ecuaciones de contorno. Suponiendo que las paredes de la gua son conductores elctricos perfectos, las condiciones de contorno son:

Para realizar las condiciones de frontera se utilizara las siguientes ecuaciones:

De las ecuaciones de contorno obtenemos:

En conclusin, los modos TE forman una familia doblemente infinita que denotaremos como Tenemos tambin que: Los modos de propagacin de la onda se permiten cuando es real.Por lo tanto se obtiene:

El modo no existe ya que todas las componentes transversales de campos son nulas.

Para un modo

Impedancia de onda: Frecuencia de corte: Para frecuencias el modo NO SE PROPAGA (modo evanescente)Cte. de atenuacin:Para frecuencias el modo SI SE PROPAGA Cte. de fase: Longitud de onda: Velocidad de fase: Modo de propagacin transversal elctrico TM:El campo magntico no tiene componente en el eje z.

Para hallar partiremos de esta ecuacin:

Haciendo las misma operaciones en el moto TE, se obtiene la solucin general para .

De las ecuaciones de contorno obtenemos:

En conclusin, los modos TE forman una familia doblemente infinita que denotaremos como )La impedancia de onda:

La frecuencia de corte, la longitud de onda, velocidad de fase, etc tienen la misma expresin que para los modos Tenemos tambin que:

Los modos de propagacin de la onda se permiten cuando es real.Por lo tanto se obtiene:

CUADRO COMPARATIVO DE TE Y TM

3. APLICACIONES DE LAS GUAS DE ONDA EN EL MBITO NACIONAL Y MUNDIAL

3.1. Aplicaciones

Se utiliza en sistema de gua de onda elptica y circulares como conexiones con la antena y los equipos de radio estn formados con codos, elementos ventanas de presin. Las guas de onda son muy adecuadas para transmitir seales debido a sus bajas prdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de lneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia. Tambin se realizan distintos dispositivos en guas de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros. Actualmente, son especialmente importantes, y lo sern ms en el futuro, las guas de onda dielctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra ptica, tiles para transportar informacin de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefnicas y, en general, las redes de datos. En microondas.- Acopladores direccionales.- Filtros.- Circuladores y otros.

3.2. Productos gua de onda

Son estructuras para guiar las ondas electromagnticas, a menudo llamadas lneas de transmisin en gua de onda. Son lneas de transmisin de bajas prdidas capaces de manejar altas potencias con un alto aislamiento. Se utilizan comnmente para comunicaciones de ondas milimtricas que requieren de bajas prdidas, lo que no se consigue habitualmente utilizando cables coaxiales. Las aplicaciones ms comunes de estas guas de onda se encuentran en sistemas de radar por el manejo de alta potencia, en iluminadores de antenas por sus bajas prdidas y precisin de fase, y en laboratorios de pruebas.Las Guas de onda estn disponibles en formatos estndar desde WR-430 hasta WR-28, abarcando frecuencias desde 1,7 GHz a 40 GHz. En cuanto al tamao de una gua de onda, el trmino "WR-xxx" significa "gua de onda rectangular", el nmero indica la dimensin de la anchura interior de la gua de onda en centsimas de pulgada. Existen adaptadores de gua de ondas, bocinas de gua de ondas y terminaciones de gua de onda cuadrada o rectangular con bridas.

Aisladores y CirculadoresLos aisladores de RF dispositivos pasivos de microondas de 2 puertos que ayudan a proteger los componentes de RF de una reflexin excesiva de corriente o de seal. Los aisladores de RF actan como una trampa unidireccional, aislando una fuente y su carga de manera que cualquier energa reflejada en la carga es atrapada o se disipa. Los Circuladores de RF dispositivos pasivos de microondas de 3 puertos controlan la direccin de la seal y el flujo dentro de un circuito de RF. Los Circuladores de RF, adems de unidireccionales, hacen circular el flujo de energa de cada puerto a su puerto adyacente en sentido horario.Los aisladores y circuladores de RF de 50 Ohm solamente estn disponibles con conectores SMA y N. Nuestros aisladores y circuladores, de banda ancha, admiten frecuencias desde 1 GHz a 26,5 GHz, dependiendo del tipo, y presentan prdidas de insercin muy bajas. Los aisladores y circuladores de Pasternack Enterprises tienen una potencia nominal de 10 y 20 vatios y una ROE mxima de 1.45:1. Muchos de nuestros aisladores y circuladores de RF y microondas cumplen con las normativas RoHS y REACH.

Filtro de gua de onda: un filtro pasa bandas consistente de anchura WG15 (un tamao estndar de gua de onda).

Atenuadores RF

Queremos mostraros las imgenes de un atenuador de microondas de precisin de la casa MFI de la serie 110.Son atenuadores de precisin 0,1Db o 1% de la lectura y los fabrican en rangos de frecuencia de trabajos desde 1,24GHz a 173GHz.La atenuacin es variable y progresiva desde 0-60Db.

Flann Precisin Rotary Vane Atenuadores son reconocidos por muchos como el estndar de la industria en Atenuadores precisin de gua onda, que ofrece alta precisin con repetibilidad y confiabilidad.El Rotary Vane atenuador es el instrumento ideal para su uso en sistemas de gua de onda de banda ancha cuando es requerida una lectura directa, sobre todo como un estndar para Reflectmetros y sistemas de barrido.

Los Atenuadores coaxiales de Pasternack Enterprises incluyen atenuadores fijos, continuamente variables y por pasos DC bias. Atenuadores de RF estn disponibles en impedancias de 50 y 75 Ohm. Con una amplia gama de conectores (2.4mm, 2.92mm, 7/16 DIN, 7 mm, BNC, F, N, SMA y TNC), los valores atenuacin para pueden variar desde 0 dB a 110 dB. El rango de frecuencia es de DC a 50 GHz, y soportan potencias de entre 0,5 a 500 W.Los atenuadores coaxiales Pasternack pueden ser macho o hembra y bi-direccionales y direccionales, en funcin del rango de potencia. Los atenuadores de RF estn fabricados segn las especificaciones ms precisas de la industria y los cuerpos estn construidos con un disipador de calor con aletas de aluminio, acero inoxidable o latn niquelado. Pasternack, para sus diseos de atenuadores inline, utiliza topologas en Pi o Pi Pads.

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Un duplexor

Es un dispositivo comn en sistemas de comunicaciones y constituye un componente clave de los alimentadores de antenas. Dicho elemento separa una seal compuesta en sus componentes para permitir que cada parte sea transmitida por separado. En los sistemas de comunicaciones por satlites, las prestaciones de los duplexores estn limitadas por requisitos mecnicos y elctricos, tales como aislamiento, las prdidas de insercin y la potencia que pueden soportar. Se requiere de un diseo automatizado exacto para evitar la necesidad de cualquier ajuste adicional, que limite la mxima potencia transmisible y aumente el costo del dispositivo. Desde el punto de vista mecnico, se requiere de un diseo de tamao, volumen y peso reducido. Los duplexores en tecnologa de gua de onda son ampliamente utilizados para los sistemas de comunicaciones por satlites dado que permiten el uso de la misma antena para varias bandas de frecuencia, por lo tanto, se alcanza una reduccin importante de la masa y del volumen.

Duplexor en tecnologa gua de onda en la banda C basado en el concepto de unin T plano E. Para ello se emple un filtro paso bajo y un filtro paso banda que han permitido un ancho de banda relativo mayor que un 64%.

3.3. Acopladores direccionales

Extraer de la gua una pequea muestra de la seal.

Acopladores

Son dispositivos pasivos que permiten detectar y separar las ondas incidentes y reflejadas presentes en una lnea de transmisin.

La T mgica

Es un acoplador hbrido de 180 muy avanzado en tecnologa de guas de onda con unas propiedades muy especiales, ya que cuando se tiene una entrada, la potencia no es dividida equitativamente ntrelos tres puertos restantes como es de esperarse debid o a diferentes polarizaciones en los campos electromagnticos y a la configuracin de los puertos.

3.4. VENTAJAS

Blindaje total, eliminando prdidas por radiacin. No hay prdidas en el dielctrico, pues no hay aisladores dentro. Las prdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor. Mayor capacidad en el manejo de potencia. Construccin ms simple que un coaxial.

3.5. DESVENTAJAS La instalacin y la operacin de un sistema de gua de onda son ms complejas. Una gua de onda solo puede operar por encima de cierta frecuencia que es llamada frecuencia de corte y, por lo tanto acta como un filtro pasa altas. Considerando la dilatacin y contraccin con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales. En algunos casos la gua de onda puede tener altos costos monetarios.

4. CONCLUSIONES

Gracias a la guas de onda es capaz de direccionar las seales que pasan por ella sin interferir en las mismas. La transmisin de seales por gua de onda reduce la disipacin de energa, es por ello que se utilizan en las frecuencias de microondas (300 Hz