La guía de onda es otro medio de comunicación también muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas a el receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microonda.
La onda Plana Electromagnética
Por definición, una onda TEM es aquella cuyos campos E y H son perpendiculares entre si, y ambos ala vez son perpendiculares ala dirección de propagación, misma que se designara como la dirección de propagación, misma que se designará como la dirección a lo largo del eje z. Si además de lo anterior, la magnitud y la fase de cada campo son iguales en todos los puntos de un plano cualquiera, para la cual z es constante, entonces la onda es plana.
La guía de dos placas paralelas
El análisis de un sistema de transmisión integrado por dos placas paralelas es el más sencillo dentro del grupo de las guías de onda y , además, ofrece una buena visualización introductoria sobre los efectos de propagación dentro de una guía.
Consideremos inicialmente una onda plana que viaja en dirección z y dos placas paralelas perfectamente conductoras orientadas como se muestra en la figura siguiente:
Como las dos placas son perpendiculares al campo eléctrico incidente de la onda plana, no afectan en absoluto su distribución, ya que debe cumplirse la condición de frontera de que el campo eléctrico tangencial en las superficies conductoras sea igual a cero. Es decir, el campo eléctrico solo puede ser normal alas palacas, dirección que coincide con el campo eléctrico de la onda plana incidente.
Dicho de otra manera, la onda que se propaga entre las dos placas también es TEM, y la distribución de los campos es igual ala de la onda plana original, como si las placas no existieran. Un porción de la onda plana es "atrapada" en el interior de las placas, y se sigue propagando a lo largo de la dirección z con las mismas características que las de una onda plana.Por lo tanto las dos placas paralelas forman una guía de ondas.
El modo TEM de propagación dentro de las dos placas es el modo fundamental de trasmisión de la guía y existe para toda frecuencia de operación.
Sin embargo, conforme la frecuencia de trabajo se incrementa más y más, dejando fija la separacion entra las placas, irán apareciendo otras configuraciones o distribuciones de los campos dentro de la guía, llamadas modos TE y TM. Estos modos tendran longitudes de onda y constantes de propagación diferentes a las de una onda plana.
Guias Rectangulares
El objetivo de esta sección es analizar el funcionamiento de las guías rectangulares y de sus cavidades correspondientes. Estas guías se utilizan más que las circulares o elípticas, y se emplean en muchos sistemas prácticos de radiofrecuencia, por ejemplo, en equipos de microondas terrestres y de comunicaciones por satélite. Son fáciles de fabricar, su ancho de banda es muy grande y presentan pocas pérdidas en sus frecuencias comunes de operación.
Considerando dos placas paralelas como las que observamos anteriormente y le agregamos dos placas paralelas adicionales con una distancia b, en posición vertical y en los extramos de la guía, se obtiene una guía rectangular como la de la siguiente figura:
Suponiendo conductores perfectos inicialmente, las condiciones de frontera que deben cumplirse en las cuatro paredes son que el campo eléctrico tangencial valga cero y que el campo magnético normal también sea igual a cero.
En los conductores huecos (un solo conductor cerrado como la guía rectangular o la circular) no puede habe ondas TEM, por que para ello se necesita la existencia de un gradiente de potencial transversal. Dicho de otra forma, es imposible que haya líneas cerradas de campo magnético en cualquier plano transversal de la guía, y por lo tanto no hay onda TEM. Para entender mejor esto, se puede razonar al revés. Supóngase, entonces, que hay una onda TEM en el interior de la guía; esto quiere decir que las líneas de flujo de los campos B y H son trayectorias cerradas en un plano transversal al eje z. Sin embargo, la ley circuital de Ampere establece que la integral de línea cerrada de campo magnético en ese plano transversal debe ser igual ala suma de las corrientes longitudinales que pasan dentro de la trayectoria cerrada. Estas corrientes pueden ser de dos tipo: corriente de conducción y corriente de desplazamiento.Si no hay otro conductor dentro de la guía, no puede haber corriente de conducción longitudinal. Por definición, la onda TEM no tiene componente Ez; en consecuencia, tampoco hay corriente de desplazamiento longitudinal. Entonces , los dos tipos posibles de corriente valen cero, la integral de la ley circuital de Ampere vale cero, y no puede haber trayectorias cerradas de líneas de campo magnético en ningún plano transversal. Se concluye que la TEM no puede existir.
Solamente habra modos TE y TM.
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