Introducción a Guías de Ondas
Centrando en el ámbito de las telecomunicaciones, algunos sistemas utilizan la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio libre. Sin embargo, también se puede transmitir información mediante el confinamiento de estas ondas en cables o guías.
La banda de frecuencias donde se encuentran las microondas (SHF: Super High Frequency) está comprendido entre los 3 GHz y los 30 GHz, asociado con las longitudes de onda entre los 10 y 1 centímetros.
En esta banda, las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que introducen mucha pérdida de voltaje y corriente de súper alta frecuencia, lo que impide que la microonda llegue a su destino con el nivel de potencia adecuado, por lo que la información que transporta no puede ser extraída sin errores.
En las líneas de transmisión (por ejemplo, coaxiales) lo que viaja por ellos es un voltaje y corriente de muy alta frecuencia, por las guías de onda lo que viaja sin embargo es un campo electromagnético cuya longitud de onda se encuentra en el orden de las microondas.
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| Figura 1: Espectro electromagnético (fuente: https://cellcode.us/quotes/em-radiation-and-atmosphere.html) |
La transmisión de señales por guías de ondas reduce la disipación de energía. Por tanto, se utilizan las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia.
Guía de ondas se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas) pero reduce la velocidad de propagación.
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| Figura 2: Tipos de guía de ondas (fuente: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1191954350-guia-flex-rfs-_JM) |
En las guías, los campos electromagnéticos, tanto los eléctricos como los magnéticos, están confinados en el espacio que se encuentran en su interior. De este modo, no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire.
Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otro objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.
Dependiendo de la frecuencia, se pueden construir con materiales conductores o dieléctricos. Generalmente, cuanto más baja es la frecuencia, mayor es la guía de onda al ser inversamente proporcionales. Por ejemplo, el espacio entre la superficie terrestre y la ionosfera, la atmósfera actúa como una guían de onda. Las dimensiones limitadas de la Tierra provocan que esta guía de onda actúe como cavidad resonante para las ondas electromagnéticas en la bando ELF (Extremely Low Frequency).
Las guía de onda también pueden tener dimensiones de pocos centrímetros. Un ejemplo puede ser aquellas utilizadas por los satélites EHF (Extremely High Frequency), por los radares y por los aceleradores lineales por electrones.
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| Figura 3: Radar básico (fuente: http://www.politicalforum.com/index.php?threads/new-study-refutes-climate-change-alarm.554124/page-10) |
GUÍA CONDUCTORA
El sistema consiste en una región que se extiende simétricamente a lo largo del eje Z, limitada por un material conductor de espesor despreciable (por ejemplo, un cilindro hueco cuyos radios interior y exterior son prácticamente iguales). Si el espesor del conductor es lo suficientemente pequeño, y dada la condición de confinamiento, impone que los campos en el exterior sean nulos.
La continuidad del campo eléctrico implicaría que no existen pérdidas por el efecto Joule, en el interior del conductor pero dado que tales condiciones son aproximaciones (dado que el espesor nunca será posible despreciarlo), sí existe una corriente superficial que produce tale pérdidas.
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| Figura 4: Guía de ondas rectangular con los ejes del espacio (fuente: http://tony4cm7.blogspot.com/2013/) |
Fuentes del texto:
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