Transcript Guias_de_Onda.Presentacion6

Instituto Politécnico Nacional
esime Zacatenco
Ing. en comunicaciones y
electrónica
MATERIA:
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS GUIADAS
ALUMNOS:
DELGADO ZULETA GABRIEL ULISES
MERAZ GARCÍA ALEJANDRO RAÚL
GUIA DE ONDA RECTANGULARES Y
CIRCULAR
GUIA DE ONDAS
E X I S TEN EN L A P R A C T I C A NU M E R OS O S
T I P O S D E E ST R U CTU R A S Q U E , CO N
TODA
P R O P I E D A D,
P U E D EN
SER
C A T A LO G A D A S C O M O G U Í A D E OND A S
. T A L CO M O S E H A M E N C IO N A D O , S E
EMPLEAN
PARA
T RA S M I T I R
O ND A S
E L E C T R O M A G N É T I C A S P U N TO A P U NT O
D E U N A F O RM A E FI C I E N TE . PO R L O
G E N E RA L S E T R A TA D E S E Ñ A L ES D E
I N F O R M A C I ÓN
DE
ELEVADA
F R E C U EN C I A
Y
NO
P O DR Í A N
SER
T R A S M I T I D A S P O R O T ROS M É TO DO S
, D EB I D O Q U E L A T R A S M I S I Ó N N O SE R I A
EFICIENTE .
Las guías de onda deben de ser tratadas a partir de
los modos de vibración y propagación
electromagnéticos que son capaces de soportar y ,
en general , no es posible establecer de forma
inmediata un modelo circuital equivalente .En este
aspecto se suelen distinguir de otras estructuras
guatines ,como seria por ejemplo un per bifilar
,donde existe un modelo sencillo de análisis
mediante tensiones y corrientes .
Guía de ondas rectangulares
Estas guías se utilizan mas que las circulares o las
elípticas ,y se emplean en muchos sistemas prácticos
de radiofrecuencia ,por ejemplo en equipos de
microondas terrestres de comunicaciones por satélite
.Son fáciles de fabricar , su ancho de banda es muy
grande y se presentan pocas perdidas en sus
frecuencias comunes de operación .
Diagrama
GUIA DE ONDA CIRCULAR
Las guías circulares tienen aplicaciones muy
especificas e importantes , en particular , son útiles
en los sistemas de radar que necesitan de una antena
giratoria y en la fabricación de muchos dispositivos
de microondas que requieren de una unión que gire
libremente ,tales como atenuadores y combinadores
de fase de alta precisión .
DIAGRAMA
*MODOS DE PROPAGACION EN LAS
GUIAS DE ONDA RECTANGULAR Y
CILINDRICA.
*ECUACIONES QUE DEFINEN EL
COMPORTAMIENTO DE GUIA DE ONDA
MODO DE PROPAGACION RECTANGULAR TE
En teoría , dentro de la guía rectangular puede haber
un numero infinito de distribuciones de campo , o
modos , de acuerdo con todas las combinaciones
posibles para valores discretos de m y n.
En las siguientes figuras se muestra las distribuciones
o patrones de los campos en la sección transversal de
la guia de onda .
DIAGRAMA
MODO TEM
Sus respectivas ecuaciones son las siguientes :
A partir de esta ecuación podemos encontrar sus
componentes E y H
MODO TM
Debe notarse que para n y m son cero , la expresión
para E .Por lo tanto , el modo TM mas bajo que
puede propagarse en una guía rectangular es el TM .
Se muestra en la figura los patrones de los campos
eléctrico y magnético en estos modos .
DIAGRAMA
MODO DE PROPAGACION CIRCULAR TEM
En este modo se observa que los patrones de
distribución de los campos dominantes en la guía
rectangular y la circular son muy similares
,particularmente en el centro de ambas guías .
Esta estructura que transforma el modo dominante TE
de la circular y viceversa , se emplea en la fabricación
de dispositivos de microondas .
DIAGRAMA
Sus respectivas ecuaciones son las siguientes :
Conociendo H se deducen las siguientes ecuaciones :
MODO TM
Este modo posee simetría circular y resulta útil , por
ejemplo , en diseño de uniones giratorias para los
sistemas de radar .
DIAGRAMA
En este caso H=0 solo queda esta ecuación:
A partir de la ecuación anterior se deducen las
siguientes :
Parámetros de Propagación
Formas de alimentación y
excitación
LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS VIAJAN A LO LARGO DE
LA GUÍA DE ONDA EN DIFERENTES CONFIGURACIONES
QUE SON CONOCIDOS COMO MODOS DE PROPAGACIÓN.
LOS MODOS SE DESIGNAN SEGÚN LAS DIRECCIONES QUE
LOS CAMPOS ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO DE LA ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
ASUMEN
RESPECTO
DE
LA
DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN.
SE DICE QUE UNA ONDA PLANA ELECTROMAGNÉTICA ES
UNIFORME SI EN ELLA, LAS INTENSIDADES DE CAMPO
ELÉCTRICO
Y
MAGNÉTICO
PRESENTAN
AMPLITUDES
CONSTANTES EN LAS SUPERFICIES EQUIFASE. ONDAS DE
ESTE TIPO SÓLO PUEDEN ENCONTRARSE EN EL ESPACIO
LIBRE A UNA DISTANCIA INFINITA DE LA FUENTE
TENER UN MEDIO SIN PÉRDIDAS SIGNIFICA QUE NO
EXISTE LA CONDUCTIVIDAD EN ESE MEDIO, O QUE LA
CONDUCTIVIDAD ES CERO.
LAS CONDICIONES QUE SE DAN EN ESTE MEDIO SON LAS
QUE SE MUESTRAN EN LAS SIGUIENTES ECUACIONES:
α=0
EL TÉRMINO FRECUENCIA
DE CORTE TIENE LOS
SIGUIENTES SIGNIFICADOS:
LA FRECUENCIA, BIEN POR ARRIBA O BIEN POR
DEBAJO DE LA CUAL EL NIVEL DE SALIDA DE UN
CIRCUITO, TAL COMO UNA LÍNEA, AMPLIFICADOR O
FILTRO SE REDUCE POR UN FACTOR DE "RAÍZ DE DOS
PARTIDO DE DOS" AL VALOR DE - 3 DB = 70,71%
RESPECTO AL NIVEL DE REFERENCIA DE 0 DB = 100%.
LA LONGITUD DE UNA ONDA ES EL PERÍODO ESPACIAL
DE LA MISMA, ES DECIR, LA DISTANCIA A LA QUE SE
REPITE LA FORMA DE LA ONDA. NORMALMENTE SE
CONSIDERAN DOS PUNTOS CONSECUTIVOS QUE POSEEN
LA MISMA FASE: DOS MÁXIMOS, DOS MÍNIMOS, DOS
CRUCES POR CERO
SE
DENOMINA
IMPEDANCIA
CARACTERÍSTICA
O
IMPEDANCIA DE ONDA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN A
LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LA DIFERENCIA DE
POTENCIAL APLICADA Y LA CORRIENTE ABSORBIDA POR
LA LÍNEA EN EL CASO HIPOTÉTICO DE QUE ESTA TENGA
UNA LONGITUD INFINITA, O CUANDO AÚN SIENDO FINITA
NO EXISTEN REFLEXIONES.
LA
FÓRMULA
QUE
RELACIONA
LOS
ANTERIORES
PARÁMETROS
Y
QUE
DETERMINA
LA
IMPEDANCIA
CARACTERÍSTICA DE LA LÍNEA ES:
LA VELOCIDAD DE GRUPO DE UNA ONDA ES LA
VELOCIDAD CON LA QUE LAS VARIACIONES EN LA
FORMA DE LA AMPLITUD DE LA ONDA (TAMBIÉN
LLAMADA
MODULACIÓN
O
ENVOLVENTE)
SE
PROPAGAN EN EL ESPACIO. LA VELOCIDAD DE GRUPO
SE DEFINE COMO LA RELACIÓN:
DONDE:
VG ES LA VELOCIDAD DE GRUPO; Ω ES LA VELOCIDAD
ANGULAR DE LA ONDA; Y, K ES EL NÚMERO DE ONDA.
LA VELOCIDAD DE FASE DE UNA ONDA ES LA TASA A LA
CUAL LA FASE DE LA MISMA SE PROPAGA EN EL
ESPACIO. ÉSTA ES LA VELOCIDAD A LA CUAL LA FASE
DE CUALQUIER COMPONENTE EN FRECUENCIA DE UNA
ONDA SE PROPAGA (QUE PUEDE SER DIFERENTE PARA
CADA
FRECUENCIA).
SI
TOMAMOS
UNA
FASE
EN
PARTICULAR DE LA ONDA (POR EJEMPLO UN MÁXIMO),
ÉSTA PARECERÁ ESTAR VIAJANDO A DICHA VELOCIDAD.
LA VELOCIDAD DE FASE ESTÁ DADA EN TÉRMINOS DE
LA VELOCIDAD ANGULAR DE LA ONDA Ω Y DEL VECTOR
DE ONDA K POR LA RELACIÓN:
Aplicaciones
LAS GUÍAS DE ONDA SON MUY ADECUADAS PARA
TRANSMITIR SEÑALES DEBIDO A SU 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, CIRCULARES Y OTROS.
ACTUALMENTE, SON ESPECIALMENTE IMPORTANTES, Y
LO SERÁN MÁS EN EL FUTURO, 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.