Guías de onda

Qué es una guía de onda

Un tubo metálico hueco (o relleno de dieléctrico) de sección rectangular $a × b$, con $a ≥ b$, que conduce ondas electromagnéticas de microondas con pocas pérdidas. Las paredes se tratan como conductor perfecto: el campo E tangencial se anula en ellas, y por eso solo caben ciertos modos, con $m$ y $n$ semiciclos a lo largo de $a$ y de $b$.

Modos TE y TM

En los modos TE el campo eléctrico es transversal a la propagación ($E_z = 0$) y en los TM lo es el magnético ($H_z = 0$). En TE valen $m, n ≥ 0$ (no los dos a la vez nulos) y en TM $m, n ≥ 1$. El modo con menor frecuencia de corte, el dominante, es el $"TE"_{10}$.

Frecuencia de corte

$f_c = v/2 √({(m/a)^2 + (n/b)^2})$,   $λ_c = v/f_c$,   $v = c/√(ε_r)$

Por debajo de $f_c$ el modo no se propaga: su campo decae con $α = k_c √(1 − (f/f_c)^2)$ y no transporta potencia. Por encima, se propaga con

$β = k √(1 − (f_c/f)^2)$,   $λ_g = {2π}/β > λ$,   $v_f = v/√(1 − (f_c/f)^2) > v$,   $v_g = v √(1 − (f_c/f)^2) < v$

La velocidad de fase supera a la del medio, pero la energía viaja con la de grupo, y $v_f v_g = v^2$. Las impedancias de onda son $Z_{"TE"} = η/√(1 − (f_c/f)^2)$ y $Z_{"TM"} = η √(1 − (f_c/f)^2)$, con $η = η_0/√(ε_r)$.

Banda monomodo

Entre la frecuencia de corte del modo dominante y la del siguiente solo se propaga un modo, que es como se trabaja en la práctica. En una guía WR-90 (22,86 × 10,16 mm) el $"TE"_{10}$ corta a 6,557 GHz y el siguiente modo a 13,114 GHz ($"TE"_{20}$): la banda X (8 a 12 GHz) cae dentro de la banda monomodo.