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• Danilo Iván Rosales Espinosa

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2014

UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE FICA

ELECTRONICA Y REDES DE COMUNICACIÓN TRANSMISION DE SEÑALES

GUIAS DE ONDA INTEGRANTES:

GUISELLE PASPUEL RUBEN PADILLA DANILO IVAN ROSALES

GUIAS DE ONDA TRASMISION DE SEÑALES 27 DE NOVIEMBRE DEL 2014

CONTENIDO: 1.- Guías de ondas. 1.0.- Guías de onda. 1.0.1.- Análisis de las guías de onda. 1.0.2.- Excitación y extracción de los modos TE y TM. 1.0.3.- Velocidades de los modos TE y TM. 1.1.- Frecuencia de corte y longitud de onda de corte. 1.2.- Modos de propagación. 1.2.1.- Impedancia característica. 1.2.2.- Acoplamiento de impedancia. 1.3.- Clasificación de los modos transversales. 1.3.1.- Modos TE (Transversal eléctrico). 1.3.2.- Modos TM (Transversal magnético). 1.3.3.- Modos TEM (Transversal electromagnético). 2.- Conclusiones. 3.- Referencias. 3.1.- Libros. 3.2.- Sitios web. 4.- Fin,

TEMA: 

GUIAS DE ONDA

OBJETIVOS: Objetivo General: 

Investigar y asociar contenido referente a las Guías de Onda

Objetivo Específico:  

Analizar los principales parámetros de las guías de onda. Investigar el modo transversal TE y TM de las guías de onda.

MARCO TEORICO: GUIAS DE ONDA Una guía de onda es un área limitada por paredes conductoras paralelas a la dirección de propagación y de sección transversal uniforme En telecomunicación, una guía de onda es una estructura física que guía o transmite ondas electromagnéticas, son adecuadas para transmitir señales debido a sus bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia. También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros. Las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos. Análisis de la guía de onda • • •

Se analizan resolviendo las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones tienen soluciones múltiples, o modos. E=0 y H=0 Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía. El modo longitudinal de una guía de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad.

Excitación y extracción de los modos TE y TM. Siempre que se quiere excitar o detectar cualquier modo, el método empleado debe maximizar la transferencia de potencia entre la fuente y la guía, o entre esta última y el receptor. La manera más común de excitar o detectar la energía en una guía de onda es mediante la inserción de un cable coaxial que actúe en forma de lazo o punta de prueba. FIGURA 1: Métodos de excitación y su circuitos equivalente con lazo: a) con lazo, b) con punta de prueba.

FUENTE: www.fing.edu.uy/iie/ense/asign/antyprop/teorico/.../guiasdeonda2007.ppt

Velocidades de los modos TE y TM. La velocidad de fase de una onda plana al propagarse en un medio sin pérdidas se define como:

Permeabilidad en el espacio libre

Permitividad en el espacio libre

β: la constante de propagación La velocidad de fase es la velocidad con la que una onda cambia de fase en dirección paralela a una superficie conductora, ósea ondas de diferentes frecuencias se propagan con velocidades de fase distintas.

La velocidad de fase, a lo largo de la guía, a diferencia de que representa la velocidad de fase en la dirección de la onda plana es:

Velocidad de es la más importante de todas ya que es la velocidad a la que realmente la información viaja dentro de la guía de onda o también es la velocidad a la que se mueve un “grupo” de frecuencias, es decir, es la velocidad a la que viajan las señales de información, también es la velocidad a la que la energía se propaga. Ésta velocidad es inversamente proporcional a la velocidad de fase y se calcula como:

FRECUENCIA DE CORTE Y LONGITUD DE ONDA DE CORTE TOMASI (4ta Edición, p.413) plantea que “En diferencia a las líneas de transmisión que tiene una frecuencia máxima de operaciones, las guías de onda tienen una frecuencia mínima de operación llamada la frecuencia de corte. La frecuencia de corte es una frecuencia limitante absoluta; las frecuencias por debajo de las frecuencias de corte no serán propagadas por la guía de onda.” Las guías de onda tienen una longitud mínima que puede propagarse y se llama longitud onda de corte es la longitud de onda del espacio libre más pequeña incapaz de propagarse en la guía de onda. La relación matemática entre la longitud de onda de la guía en una frecuencia determinada y la frecuencia de corte es:

λg : longitud de onda guía (m/ciclo) f: frecuencia de operación(hz) fc : frecuencia de corte(hz) c: velocidad de propagación del espacio libre(3x10 8 m/sg)

FIGURA 2: Perspectiva del corte de un guía de ondas rectangular

FUENTE: TOMASI, WAYNE Sistemas de Comunicaciones Electrónicas 4ta Edición, pag 412

fc : Frecuencia de corte (hz) a: Longitud en sección trasversal (m)

λc : Longitud de onda de corte (m/ciclo)

MODOS DE PROPAGACIÓN Las ondas electromagnéticas viajan en distintas configuraciones por toda la guía de onda llamadas modos de propagación. FIGURA 3: Vectores de campo eléctrico y magnético en una guía de ondas rectangular: (a) vista desde el extremo; (b) configuración del campo magnético en un tramo longitudinal

FUENTE: TOMASI, WAYNE Sistemas de Comunicaciones Electrónicas 4ta Edición, pag 414

Impedancia característica TOMASI (4ta Edición, p.415) plantea que “Las guías de onda tienen una impedancia característica que es análoga a la impedancia característica de las líneas de transmisión de cables paralelos y relacionados cercanamente a la impedancia característica del espacio libre. La impedancia característica de una guía de onda tiene el mismo significado que la impedancia característica de una línea de transmisión, con relación al acoplamiento de la carga, reflexiones de la señal y ondas estacionarias se expresa matemáticamente como:”

Acoplamiento de impedancia TOMASI (4ta Edición, p.415) plantea que “Los espolones reactivos se utilizan en las guías de ondas para la trasformación de impedancia y acoplamiento de impedancia exactamente como es en las líneas de transmisión de cables paralelos. Los espolones de guías de onda en corto circuito se utilizan con las guías de onda de la misma manera en que se utilizan con las líneas de transmisión.” FIGURA 4: Balanceo de impedancia de una guía de onda: (a) iris inductivo; (b) iris capacitivo

FUENTE: TOMASI, WAYNE Sistemas de Comunicaciones Electrónicas 4ta Edición, pag 415

CLASIFICACION DE LOS MODOS TRANSVERSALES •

Modos TE (Transversal eléctrico), la componente del E en la dirección de propagación es nula. En este caso las soluciones se derivan de la componente del campo magnético Hz, con la condición Ez = 0.

Se calcula la impedancia característica de este tipo de modos siguiendo un procedimiento al caso anterior

•

Modos TM (Transversal magnético), también denominado modo E, en el cual las soluciones se derivan a través de la componente del campo eléctrico Ez, la componente del H en la dirección de propagación es nula: H=0, esto es, la componente axial del campo magnético es cero, por lo cual se asegura la transmisión de la potencia en la dirección z que es la que se ha seleccionado como la dirección de propagación de la línea.

Se calcula la impedancia característica de este tipo de modos siguiendo un procedimiento al caso anterior

•

Modos TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del E como del H en la dirección de propagación es nula: en el cual Ez = Hz = 0. Este modo tiene la característica de que no se puede propagar en una guía, debida a la estructura misma de ésta, puesto que no puede transmitir ondas electromagnéticas de baja frecuencia, la transmisión tiene lugar a un valor determinado de frecuencia que depende de las dimensiones de la guía. Sin embargo, es la representación por medio de campos electromagnéticos de una línea de transmisión de baja pérdida.

Cada modo tiene una frecuencia de corte asociada, de manera que si la frecuencia de la señal a transmitir es mayor que la frecuencia de corte, la energía electromagnética se transmitirá a través de la guía sin atenuación. En otro caso, si la frecuencia de la señal es menor que la de corte, la energía se atenuará exponencialmente con la distancia, teniendo un valor extremadamente bajo a una distancia muy corta (este caso se denomina onda evanescente). 



El modo dominante en una guía determinada es aquél que tiene la frecuencia de corte más baja. Las dimensiones de la guía pueden escogerse de modo que para una señal dada, sólo el modo principal pueda transmitirse por ella. Los modos de orden superior son todas aquellas formas en que la energía se propaga por arriba de la frecuencia de corte del modo dominante. Sin embargo no es recomendable operar en frecuencias donde estos tipos de modos se presenten, puesto que no acoplan bien a la carga, ocasionando reflexiones y la aparición de ondas estacionarias.

CONCLUSIONES: 

Las líneas de transmisión no son aptas para propagar eficazmente energía electromagnética arriba de 1 GHz, y en frecuencias arriba de los 15 GHz en consecuencia son imprácticas para aplicaciones de UHF y microondas para ello existen las guías de onda las cuales no conducen corriente en sentido real si no que sirven como un límite que confina la energía electromagnética.



Las guías de ondas en las líneas de transmisión tienen numerosas aplicaciones en campos de: microondas, telecomunicaciones y en muchas más, podemos decir que las guías de ondas son importantes tanto en sus aplicaciones ya mencionadas como también en los avances que han producido, es muy importante saber cómo funcionan las guías de ondas para de esta manera poder generar o fabricar nuestros propios proyectos.

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Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales ya que tienen bajas pérdidas, por esta razón se usa en microondas. También se realizan distintos dispositivos en guías de onda como filtros, acopladores entre otros. Actualmente son importantes y serán en el futuro las guías de ondas dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja.

REFERENCIAS: LIBROS. TOMASI, WAYNE Sistemas de Comunicaciones Electrónicas PEARSON EDUCACIÓN, México, 2003 ISBN: 970-26-0316-1 Área: Universitarios Formato: 20 × 25.5 cm Páginas: 976

SITIOS WEB. http://arantxa.ii.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20101203RogelioPeno.pdf http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13599/1/salvador_mata_roca_pfc.pdf http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/loranca_r_ya/capitulo3.pdf

FIN.