Guías de Ondas

Por encima de los 2 GHz, la longitud de onda es lo suficientemente corta como para permitir una transferencia de energía práctica y eficiente por diferentes medios. Una guía de onda es un tubo conductor a través del cual se transmite la energía en la forma de ondas electromagnéticas. El tubo actúa como un contenedor que confina las ondas en un espacio cerrado. El efecto de Faraday atrapa cualquier campo electromagnético fuera de la guía. Los campos electromagnéticos son propagados a través de la guía deonda por medio de reflexiones en sus paredes internas, que son consideradas perfectamente conductoras. La intensidad de los campos es máxima en el centro a lo largo de la dimensión X, y debe disminuir a cero al llegar a las paredes, porque la existencia de cualquier campo paralelo a las mismas en su superficie causaría una corriente infinita en un conductor perfecto. Las guías de ondas, por supuesto, no pueden transportar la RF de esta forma.

En la siguiente figura pueden verse las dimensiones X, Y, y Z de una guía de ondas rectangular:

Parece evidente que, en cualquier situación realista en al que se quieran estudiar los campos dependientes del tiempo. Deben existir límites o paredes en la región bajo análisis. En estos casos la solución para los campos en el medio no podrán ser, en general, ondas planas uniformes de extensión infinita, ya que, además de satisfacer las ecuaciones de Maxwell, deben cumplir las condiciones de frontera en los límites de la región que se considera. En este caso capítulo, avanzando un paso más en el grado de confinamiento de los campos respecto a las situaciones que se vieron en el capitulo anterior (con la presencia de medios semiinfinitos), se van a estudiar las guías de onda. Una guía de onda puede ser electromagnética. El medio dieléctrico en el que esta propagación se produce esta limitado, ya sea por un material conductor (para microondas y radiofrecuencia), ya sea por otro dieléctrico (para frecuencias ópticas). Desde el punto de vista geométrico las formas mas comunes, aunque no únicas, de guías de onda tienen secciones rectangulares o cilíndricas.

Sin embargo, una guía de ondas difiere de una línea de transmisión en algún aspecto, aunque podemos considerar a esta última como un caso especial de la primera. En primer lugar, una línea de transmisión solo puede soportar una onda electromagnética transversal (EMT), mientras que una guía de ondas puede soportar muchas configuraciones posibles de un campo. En segundo lugar, a las frecuencias de microondas (aproximadamente 3–300 GHz), las líneas de transmisión se vuelven ineficientes debido al efecto peculiar y a las perdidas dieléctricas; las guías de ondas se emplean en esa región de frecuencias para obtener mayor ancho de banda y menor atenuación de señal. Por otra parte, una línea de transmisión puede operar desde cd ( f=0 ) hasta frecuencias muy altas; una guía de ondas solo puede operar por encima de cierta frecuencia a la que se le llama frecuencia de corte y, por lo tanto, actúa como un filtro pasaaltas. Así pues, las guías de oda no pueden transmitir cd, y se vuelven excesivamente grandes a frecuencias inferiores a las de los microondas.