ESPECIALIZACION PROFESIONAL TECNICA POR ORIENTACION DE MISILES

(COT 10)

ASIGNATURA

DOCENTE: T1 COT(10) NICOLÁS CUYA MOTTA

MICROONDAS

2014

GUIAS DE

ONDAS

Y

COMPONENTES

Líneas de transmisión.-

La transmisión de energía entre 2 puntos distantes requiere la

utilización de un medio transmisor al que se llama generalmente

línea de transmisión. La transmisión en algunos casos tiene lugar

directamente a través del espacio (BROADCASTING)

“comunicación de radio comercial”; en otros casos es necesaria

una estructura física que conduzca la onda electromagnética.

El desarrollo de las líneas de transmisión comenzó a partir de la

utilización del cable de alimentación eléctrico de 2 conductores,

para transportar grandes cantidades de energía entre el generador

y la carga.

Tipos de líneas de transmisión.-

Las exigencias de los sistemas de comunicación han forzado el pulso

de frecuencia cada vez más elevadas y por lo tanto la modificación y

aparición de otros tipos de líneas de transmisión.

Las líneas de transmisión de radiofrecuencias tienen que ser

especiales ya que los objetos ubicados en los alrededores, modifican

los patrones de radiación y reducen la efectividad de la transmisión.

Las líneas de transmisión se pueden dividir en:

• Líneas de constantes repartidas.

• Líneas de constantes localizadas.

Las líneas de constantes localizadas.-

Se llaman así porque sus constantes eléctricas tales como

resistencia, inductancia y capacidad, pueden considerarse

ubicadas a intervalos (localizadas) a lo largo de la línea.

Las líneas de constantes repartidas.-

En las cuales se consideran estas constantes eléctricas

uniformente distribuidas por toda la línea.

En la práctica la mayor parte de líneas utilizadas son del tipo

constantes repartidas ya que son más fáciles de construir y

presentan mejores características que las constantes localizadas.

Las líneas más utilizadas son: Línea aérea de 2 conductores, línea

coaxial, la de placas paralelas o línea de cinta o la guía de onda.

Línea aérea de 2 conductores

Consiste esencialmente de 2 conductores situados a una cierta

distancia uno del otro. Se usa extensamente en sistemas de

transmisión de energía como telegrafía, telefonía y en ciertas áreas

de radio transmisión. Se utiliza fundamentalmente en aplicaciones de

baja frecuencia y son de fabricación sencilla. El parámetro principal

de estas líneas es su resistencia por unidad de longitud, mientras

que su inductancia y capacidad por unidad de longitud son

pequeñas.

La propagación de la energía es en la forma TEM (Transversal

Eléctrica y Magnética), en la que los campos transportan la energía

mientras que los conductores sirven para guiar la onda tal como

indica la figura.

Línea coaxial.-

Para evitar pérdidas elevadas por radiación, es necesaria que las líneas

de fuerza de campos sean cerradas, para lograr esto se dispone de un

conductor interno rodeado por una envoltura cilíndrica exterior; este

conjunto recibe el nombre de línea coaxial. Se tiene la ventaja que los

campos quedan confinados dentro del conductor interno, eliminándose

así interferencias exteriores. El medio de separación entre ambos

conductores puede ser el aire u otro material dieléctrico.

La disposición clásica en cable coaxial de aire es un conductor

central de cobre sostenido mediante discos de polietileno, y rodeado

de una o mas capas de cinta de acero que apantalla y dan solidez al

conjunto. También se utilizan cables flexibles, con polietileno como

dieléctrico y una envoltura de cobre trenzado para conseguir la

flexibilidad.

En el campo de las comunicaciones la atenuación y distorsión a las

secuencias de trabajo, son los factores principales que se deben

considerar mientras que la potencia pasa a ser una característica

secundaria. Los cables coaxiales tienen una banda pasante muy

ancha que va desde la continua hasta la gama de microondas; la

atenuación aumenta con la frecuencia, debido a ello los cables

coaxiales se diseñan especialmente para cada aplicación.

La propagación en los cables coaxiales suelen ser normalmente del

tipo TEM (Transversal Eléctrica y Magnética) para garantizar la no

existencia de otra forma de propagación hay que reducir el tamaño

del cable a medida que se aumenta la frecuencia, disminuyendo así

el valor máximo de la potencia transmitida.

Línea de cinta.-

Una línea de transmisión con muy pocas pérdidas es llamada líneas de

placas paralelas infinitas que propaga una onda en el modo TEM. No

obstante el sistema es poco práctico debido a su tamaño infinito y a la

dificultad de mantener la posición de las placas. Una línea que ha ido

cobrando importancia es la línea plana o línea de cinta de la cual

existen 2 tipos, la línea triplaca y la microtira.

Línea triplaca.-

En la línea triplaca el conductor interno esta situado entre 2 placas

externas, la propagación es en forma TEM, si la distancia entre placas

es pequeña en comparación con la λ si las perdidas son reducidas, se

asegurara entonces la propagación TEM.

Dieléctrico

Placa

h

TRIPLACA

w

Microtira.-

El tipo microtira tiene mas perdidas pero su fabricación es mas sencilla

y la propagación es algo compleja (no precisamente en TEM); las

perdidas pueden reducirse usando materiales con mayor coeficiente

dieléctrico. Las características de esta línea dependen de la relación w\h

y del coeficiente dieléctrico del sustrato. Su utilización a contribuido al

desarrollo de circuitos integrado de microondas, teniendo como

acopladores, circuladores, etc. en receptores u otros sistemas

complejos.

Dieléctrico

Placa

Tira

h

w

MICROTIRA

Guías de onda.-

Cualquier sistema de conductores y aisladores para conducir

energía de ondas electromagnéticas pueden ser llamados guías de

ondas pero comúnmente se da este nombre a conductores

metálicos huecos a manera de “cañería”, usado en propósitos

similares a las líneas coaxiales, pero usados en frecuencias más

altas.

Las guías de onda se usan extensamente para minimizar las

pérdidas en la transmisión de grandes potencias a frecuencias de

microondas. En esencia se trata de un solo conductor metálico en

forma de caja rectangular o cilíndrica, a lo largo de la cual se

propagan las ondas electromagnéticas. Estas ondas viajan

adoptando configuraciones de campo algo diferentes que las

consideradas para las otras líneas de transmisión, y se denominan

TE si son transversales eléctricas (u ondas H), o TM si son

Transversales magnéticas (u ondas E).

Modos de Operación.-

Una GO puede propagar, en teoría, un número infinito de tipos

distintos de onda electromagnética. Cada uno de estos tipos o modos

presenta una configuración distinta de campos eléctrico y magnético,

y la denominación de cada modo obedece a esa configuración.

Cada modo tiene una frecuencia crítica, debajo de la cual no se

propagará.

Para un tamaño particular de GO, el modo correspondiente a la menor

frecuencia de corte se denomina modo principal. Este será el único

modo propagado si la frecuencia es mayor a la 1ª frecuencia de corte,

pero menor a la frecuencia de corte del segundo modo.

La longitud de onda de corte del modo principal para una GO con aire

en su interior es igual a dos veces la dimensión mayor (rectangular), o

de 1.71 veces el diámetro (circular).

En general son posibles dos modos, que se denominan en

consideración al campo que sea siempre transversal a la dirección de

propagación: Transversal Eléctrico (TE) y Transversal Magnético (TM).

Aplicaciones.-

Debido a que las dimensiones de la sección transversal de una guía de

onda deben ser del mismo orden de magnitud que una longitud de onda,

sus uso a frecuencias por debajo de los GHz normalmente no se

considera a menos que circunstancias especiales lo requieran. Las

dimensiones de las guías de onda son convenientes para frecuencias

que se encuentran en el rango de 3 a 100 GHz e inconveniente fuera de

este rango.

Impedancia Característica.-

La impedancia característica es igual a la de una línea de

transmisión, con relación al acoplamiento de la carga, reflexiones de

la señal y ondas estacionarias. La impedancia característica de una

guía de onda se expresa matemáticamente como:

Zo = 377 / √ 1 – (ƒc / ƒ)2

Donde:

Zo: Impedancia característica (Ω)

ƒ : frecuencia de operación (Hz)

ƒc: frecuencia de corte (Hz)

Nota: Zo por lo general es mayor a 377 Ω. En la frecuencia de corte

Zo se vuelve infinito, y a una frecuencia igual al doble de la

frecuencia de corte (2 ƒc), Zo = 435 Ω

Modos de propagación de las guías de ondas.-

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. Los modos transversales se

clasifican en tipos distintos:

• Modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico

en la dirección de propagación es nula.

• Modo TM (Transversal magnético), la componente del campo

magnético en la dirección de propagación es nula.

• Modo TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del

campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación

es nula.

• Modo híbrido, son los que sí tienen componente en la dirección de

propagación tanto en el campo eléctrico como en el magnético.

En guías de onda rectangulares el modo fundamental es el TE1,0 y en

guías de onda circulares es el TE1,1.

El ancho de banda de una guía de onda viene limitado por la aparición

de modos superiores. En una guía rectangular, sería el TE0,1. Para

aumentar dicho ancho de banda se utilizan otros tipos de guía, como la

llamada "Double Ridge", con sección en forma de "H".

Dirección de

propagación

de la onda

H

H

E

Dirección de

propagación

de la onda

E

E

H

MODOS TE MODOS TM

Tipos de guías de ondas.-Existen varios tipos de guías de ondas entre las cuales están:

Guía de onda rectangular

Guía de onda circular

Guía de onda acanalada

Guía de onda flexible

Guía de Onda Rectangular.-

Las guías de onda rectangulares son las formas más comunes de

guías de onda. La energía electromagnética se propaga a través del

espacio libre como ondas electromagnéticas transversales (TEM) con

un campo magnético, un campo eléctrico, y una dirección de

propagación que son mutuamente perpendiculares. Una onda no

puede viajar directamente hacia abajo de una guía de onda sin

reflejarse a los lados, por que el campo eléctrico tendría que existir

junto a una pared conductiva. Si eso sucediera, el campo eléctrico

haría un corto circuito por las paredes en sí. Para propagar una onda

TEM exitosamente a través de una guía de onda, la onda debe

propagarse a lo largo de la guía en forma de zigzag, con el campo

eléctrico máximo en el centro de la guía y cero en la superficie de las

paredes.

Guías de Onda Circulares.-

La guía de onda circular es por mucho la más común, pero esta es más

utilizada para radares y microondas. En guías de onda se utilizan

cuando es necesario o ventajoso propagar tanto ondas polarizadas

verticales como horizontales en la misma guía de onda. El

comportamiento de las ondas electromagnéticas en la guía de onda

circular es el mismo como en la guía de onda rectangular. Pero debido a

la diferente geometría, algunos de los cálculos se realizan diferentes.

La guía de onda circular es más fácil de construir que una guía de onda

rectangular y más fácil de unir. Una de las desventajas es que la guía de

onda circular tiene un área mucho más grande que una guía de onda

rectangular y ambas llevan la misma señal.

Guía de Onda Acanalada.-

Este tipo de guías permite la operación a frecuencias más bajas para

un tamaño determinado. Sin embargo, las guías de onda acanaladas

son más costosas de fabricar que la guía de onda rectangular

estándar. Una guía de onda acanalada tiene más pérdida por unidad

de longitud que la guía de onda rectangular. Por este motivo y el alto

costo es que este tipo de guía se limita a utilizarse sólo en

aplicaciones especializadas.

Guías de Onda Flexibles.-

Las guías de onda flexibles consisten de listones envueltos en espiral

de latón o cobre. La parte exterior está cubierta con una capa suave

dieléctrica por lo general conformada de hule, para mantener la guía de

onda hermética contra agua y aire. Pequeños pedazos de guía de onda

flexible se utilizan en los sistemas de microondas cuando varios

transmisores y receptores están interconectados a una unidad compleja

para combinar o separar. La guía de onda flexible también se utiliza

extensamente en equipo para pruebas de microondas.

Ventajas y desventajas de las guías de ondas.-

Las guías de onda presentan las siguientes ventajas y desventajas con

respecto a las líneas de “Tx” y una línea coaxial.

Ventajas

a) Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación.

b) No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro.

c) Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un

conductor.

d) Mayor capacidad en el manejo de potencia.

e) Construcción más simple que un coaxial.

Desventajas

a) La instalación y la operación de un sistema de guía de ondas son

más complejas

b) Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe

sujetar mediante soportes especiales.

c) Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las

condiciones de uniformidad del medio interior.