Aplicaciones
Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a sus bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, ya que a pesar del ancho de banda limitado y su volumen, son mayores que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.
También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros y circuladores, entro unos pocos ejemplos.
Son especialmente importantes, con gran previsión para el futuro, las guías de ondas dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja. Este tipo de guías de onda son conocidas como fibra óptica, que son útiles para transportar información de banda ancha ya que sustituirían a los cables coaxiales y a los enlaces de microondas en las redes telefónicas generalmente en las redes de datos.
Como se comentaba en una entrada anterior, en la naturaleza el espacio entre la superficie terrestre y la ionosfera, la atmósfera actúa como una guía de onda. Las dimensiones limitadas de la Tierra provocan que esta guía de onda actúe como cavidad resonante para las onda electromagnéticas en la banda ELF (Extremely Low Frequency).
Una aplicación de las guías de onda es usarlas como antena.
- Si una guía de onda se deja abierta en uno de sus lados, puede radiar energía, esto es que puede ser usada como una antena en lugar de una línea de transmisión. Esta radiación puede ser aumentada acampanando la guía de onda para formar una antena de bocina piramidal (horn).
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| Figura 1: Antena basada en una guía de onda de haz (fuente: https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/outreach/funfacts/txt_antenna_work.html) |
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| Figura 2: Tipos de bocinas (fuente: http://nch4eskn.nissan-pulsar.info/horn-antenna-diagram.html) |
Otra aplicación es para la formación de la fibra óptica:
- Una fibra óptica es flexible y transparente. Se construyen al embutir vidrio (sílice) o plástico en un diámetro ligeramente más grueso que el de un pelo humano. Las fibras ópticas se utilizan normalmente como un medio para transmitir luz entre las puntas de la fibra y especialmente son muy usadas en el sector de las comunicaciones, ya que permiten la transmisión en distancias y en una ancho de banda más grande que los cables eléctricos (permite una velocidad mayor de datos que los métodos más convencionales). Además de esas aplicaciones, su uso es muy variado: comunicaciones digitales, joyas, sensores, decoración, cables submarinos e interurbanos, etc.
- Comunicaciones con fibra óptica: se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones debido a su flexibilidad, los conductores ópticos son agrupados formando cables. Las usadas en este ámbito son de plástico o de vidrio o de ambos tipos. Se usan las fibras de vidrio en medios interurbanos por la baja atenuación que tienen.
- Sensores de fibra óptica: se usan para medir la deformación, temperatura, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones, etc. por su pequeño tamaño y dado que no circula corriente eléctrica por ellas que les dan ventajas sobre los sensores eléctricos.
- Iluminación: la utilización de la fibra óptica para la iluminación da ventajas debido a la ausencia de la electricidad y calor empleada en otros métodos de iluminación, también que permite cambiar el color de la luz sin necesidad de cambiar la lámpara física y ya que con una sola lámpara se puede iluminar una zona muy amplia, ya que puede iluminar varias fibras y colocarlas en distintos lugares.
- Aplicaciones médicas: la fibra óptica se puede usar como una guía de ondas en aplicaciones médicas en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un objetivo que no se encuentra en la línea de visión. También se puede utilizar como instrumento de medición de temperatura, presión y tensiones. Así se usan latiguillos de fibra junto con lentes para diseñar endoscopios, usados para visualizar objetos a través de un pequeño agujero.
- La fibra óptica es una guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas. Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal, que da un alto índice de refracción, y de un material similar con un índice menor de refracción que rodea el núcleo.
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| Figura 3: Fibras ópticas (fuente: https://www.elconfidencial.com/tecnologia/2017-11-14/telefonica-fibra-optica-kdpof-plastico-cobre_1477345/) |
- Tipos de fibra óptica:
- Fibra multimodo: los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino, por lo que no todos llegan a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Muchas son usadas en aplicaciones de corta distancia (menores a 2 km) debido a su simple diseño y su coste económico. El núcleo de la fibra multimodo tiene un índice de refracción mayor que el revestimiento aunque se mantienen en el mismo orden de magnitud. Tienen un núcleo de gran tamaño por lo que son muy fáciles de conectar y tienen una mayor tolerancia a componentes de menor precisión. Dependiendo de su índice de refracción del núcleo hay dos tipos de fibra multimodo:
- Índice escalonado: el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección, tienen una alta dispersión modal.
- Índice gradual: el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo está constituido por diferentes materiales.
- Fibra monomodo: es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el tamaño del núcleo hasta que sólo se permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de al tierra. A diferencia de las fibras multimodo, las monomodo permiten alcanzar grandes distancias (de hasta 400 km mediante la utilización de un láser de alta intensidad) y permite enviar tasas altas de información (hasta 10 Gbits por segundo).
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| Figura 4: Distintos tipos de fibras (fuente: https://www.fibraopticahoy.com/que-cable-de-fibra-optica-es-el-optimo-para-mi-instalacion/) |
Fuentes del texto:
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