Definición: Las guías de onda son una categoría especial de línea de transmisión que se utiliza para guiar (dirigir) las ondas (radiación) a lo largo del tubo. Suelen ser un tubo metálico hueco que actúa como medio para transferir o transmitir potencia.

Las fibras ópticas son un tipo de guía de ondas más concretamente podemos decir guía de ondas dieléctrica que opera a frecuencias ópticas para transmitir la señal óptica (luz).

Contenido: Guías de onda

1. Introducción
2. Tipos
3. Modos de propagación
4. Parámetros
5. Ventajas
6. Desventajas

Introducción

En las guías de onda, la energía se propaga a través de un tubo. Puede ser una guía de onda rectangular o cilíndrica que no consta de ningún conductor central. Se utilizan básicamente para la propagación de energía electromagnética (microondas) o señal de un extremo a otro. En el caso de la transmisión de señales de baja frecuencia, se utilizan líneas de transmisión paralelas o cables coaxiales. Pero para la transmisión de señales de alta frecuencia, se utilizan principalmente guías de ondas.

La frecuencia de una señal de microondas se sitúa entre 300 MHz y 300 GHz. Estas ondas se propagan generalmente en el espacio libre con la velocidad de la luz, es decir, 3Χ108 m/seg.

Las guías de ondas sustituyeron a las líneas de transmisión (o cables coaxiales) debido a que las líneas de transmisión tenían más atenuación y pérdidas dieléctricas. Con la ayuda de las guías de onda, se puede conseguir una pequeña atenuación de la señal y un gran ancho de banda. Las guías de onda funcionan básicamente como un filtro de paso alto, ya que permiten la transmisión de componentes de alta frecuencia mientras atenúan las señales de baja frecuencia.

La figura siguiente representa una guía de onda rectangular:

Una guía de onda transmite una señal de microondas haciendo reflexiones continuas desde las paredes interiores del tubo cilíndrico hueco. Las paredes de las guías de onda suelen ser de cobre, aluminio o latón. Sin embargo, su superficie interior está recubierta de oro o plata.

Tipos de guías de onda

Las guías de onda se clasifican mayoritariamente en rectangulares o circulares pero éstas son básicamente de 5 tipos diferentes:

Modos de propagación en una guía de onda

Cuando una onda electromagnética se transmite a través de una guía de onda. Entonces tiene dos componentes de campo que oscilan mutuamente perpendiculares entre sí. De las dos una es el campo eléctrico y la otra es un campo magnético.

La figura siguiente representa la propagación de una onda electromagnética en la dirección z con las dos componentes de campo:

La propagación de la onda dentro de la guía de onda origina básicamente 2 modos. Sin embargo, en general existen básicamente 3 modos, que son los siguientes:

• Onda eléctrica transversal:

En este modo de propagación de la onda, la componente del campo eléctrico es totalmente transversal a la dirección de propagación de la onda mientras que el campo magnético no es totalmente transversal a la dirección de propagación de la onda. Se abrevia como modo TE.

• Onda magnética transversal:

En este modo de propagación de la onda, la componente del campo magnético es totalmente transversal a la dirección de propagación de la onda mientras que el campo eléctrico no es totalmente transversal a la dirección de propagación de la onda. Se denomina modo TM.

• Onda electromagnética transversal:

En este modo de propagación de la onda, ambos componentes del campo, es decir, los campos eléctrico y magnético, son totalmente transversales a la dirección de propagación de la onda. Se abrevia como modo TEM.

Hay que señalar aquí que, el modo TEM no se admite en las guías de ondas. En cuanto al modo TEM, es necesaria la presencia de dos conductores y ya sabemos que una guía de ondas es un único conductor hueco.

Ahora, surge la pregunta ¿por qué necesitamos dos conductores para que el modo TEM tenga lugar?

La respuesta a la pregunta anterior es que, en un modo TEM, tanto el campo eléctrico como el magnético son totalmente transversales a la dirección de propagación de la onda.

En el caso de dos conductores separados esto es posible porque, desde el conductor interior, el campo eléctrico se genera y termina en el exterior. Y en este conductor en particular, debe haber una fuente de corriente para generar un campo magnético. Pero, como ya hemos comentado que la guía de ondas es un medio de transmisión de un solo conductor. Esta es la razón por la que el modo TEM no se admite en las guías de onda.

Parámetros de una guía de onda

• Longitud de onda de corte: Es la máxima longitud de onda de la señal transmitida que puede propagarse dentro de la guía de onda sin ninguna atenuación. Esto significa que hasta la longitud de onda de corte, una señal de microondas puede transmitirse fácilmente a través de la guía de ondas. Se denota por λc.
• Velocidad de grupo: La velocidad de grupo es la velocidad con la que se propaga la onda dentro de la guía de ondas. Si la portadora transmitida está modulada, la velocidad de la envolvente de modulación es algo menor en comparación con la señal portadora.
  Esta velocidad de la envolvente se denomina velocidad de grupo. Se representa por Vg.
• Velocidad de fase: Es la velocidad con la que la onda transmitida cambia de fase durante la propagación. O podemos decir que es básicamente la velocidad de una fase particular de la onda que se propaga. Se denota por Vp.
• Impedancia de onda: También se conoce como impedancia característica. Se define como la relación entre el campo eléctrico transversal y el campo magnético transversal durante la propagación de la onda en cualquier punto del interior de la guía de onda. Se denota por Zg.

Ventajas de las guías de onda

1. En las guías de onda, la pérdida de potencia durante la propagación es casi despreciable.
2. Las guías de onda tienen la capacidad de gestionar la potencia de las señales grandes.
3. Como las guías de onda poseen una estructura sencilla, su instalación es algo fácil.

Desventajas de las guías de onda

1. Su coste de instalación y fabricación es elevado.
2. Las guías de onda son generalmente rígidas por naturaleza y de ahí que a veces causen dificultades en aplicaciones donde se requiere la flexibilidad del tubo.
3. Es algo grande en tamaño y más voluminoso en comparación con otras líneas de transmisión.

Es de destacar en el caso de las guías de onda que su diámetro debe tener algún valor determinado para que la propagación de la señal sea adecuada. Esto es así porque si su diámetro es muy pequeño y la longitud de onda de la señal a propagar es grande (o la frecuencia de la señal es pequeña) entonces no se propagará adecuadamente.

Por lo tanto, la frecuencia de la señal debe ser mayor que la frecuencia de corte para tener una correcta transmisión de la señal.