Definição: Os Waveguides são uma categoria especial de linha de transmissão que é usada para guiar (dirigir) as ondas (radiação) ao longo do comprimento do tubo. Estes são tipicamente um tubo metálico oco que atua como o meio para transferir ou transmitir energia.

Fibras ópticas são um tipo de guia de onda mais especificamente podemos dizer guia de onda dielétrica que opera em freqüências ópticas a fim de transmitir o sinal óptico (luz).

Conteúdo: Guias de onda

1. Introdução
2. Tipos
3. Modos de propagação
4. Parâmetros
5. Vantagens
6. Desvantagens

Introdução

Em guias de onda, a energia é propagada através de um tubo. Pode ser uma guia de onda rectangular ou cilíndrica que não consiste em nenhum condutor central. Estes são usados basicamente para a propagação de energia eletromagnética (microondas) ou sinal de uma extremidade para outra. No caso de transmissão de sinais de baixa frequência, são utilizadas linhas de transmissão paralelas ou cabos coaxiais. Mas para ter transmissão de sinais de alta frequência, são utilizados principalmente guias de onda.

A frequência de um sinal de microondas situa-se entre 300 MHz e 300 GHz. Estas ondas geralmente propagam-se no espaço livre com a velocidade da luz, ou seja, 3Χ108 m/sec.

Os guias de onda substituíram as linhas de transmissão (ou cabos coaxiais) por causa de mais atenuação e perdas dielétricas foram associadas às linhas de transmissão. Como com a ajuda dos guias de onda, a atenuação do sinal pequeno e a grande largura de banda podem ser alcançadas. Os guias de onda funcionam basicamente como um filtro de alta passagem, pois permitem a transmissão de componentes de alta frequência enquanto atenuam os sinais de baixa frequência.

A figura abaixo representa um guia de onda retangular:

Um guia de onda transmite um sinal de microondas fazendo reflexos contínuos das paredes internas do tubo cilíndrico oco. As paredes das guias de onda são geralmente constituídas por cobre, alumínio ou latão. Entretanto, sua superfície interna é revestida com ouro ou prata.

Tipos de guias de onda

Os guias de onda são maioritariamente classificados como retangulares ou circulares, mas estes são basicamente de 5 tipos diferentes:

Modos de propagação em um guia de onda

Quando uma onda eletromagnética é transmitida através de um guia de onda. Então ela tem dois componentes de campo que oscilam mutuamente perpendiculares um ao outro. Dos dois, um é campo elétrico e o outro é um campo magnético.

A figura abaixo representa a propagação de uma onda eletromagnética no sentido z com os dois componentes de campo:

A propagação de onda dentro da guia de onda origina basicamente 2 modos. No entanto, no geral existem basicamente 3 modos, que são os seguintes:

• Onda elétrica transversal:

Neste modo de propagação de onda, a componente do campo elétrico é totalmente transversal à direção de propagação da onda enquanto que o campo magnético não é totalmente transversal à direção de propagação da onda. É abreviado como modo TE.

• Onda magnética transversal:

Neste modo de propagação de onda, a componente do campo magnético é totalmente transversal à direcção de propagação da onda enquanto que o campo eléctrico não é totalmente transversal à direcção de propagação da onda. É abreviado como modo TM.

• Onda eletromagnética transversal:

Neste modo de propagação de onda, ambos os componentes do campo, ou seja, campos elétricos e magnéticos, são totalmente transversais à direção da propagação da onda. É abreviado como modo TEM.

É de notar aqui que, o modo TEM não é suportado em guias de onda. Quanto ao modo TEM, existe a necessidade da presença de dois condutores e já sabemos que uma guia de onda é um único condutor oco.

Agora, a questão que se coloca é porque precisamos de dois condutores para que o modo TEM tenha lugar?

A resposta à pergunta acima é que, num modo TEM, tanto o campo eléctrico como o magnético são totalmente transversais à direcção da propagação da onda.

No caso de dois condutores separados isto é possível porque, a partir do condutor interior, o campo eléctrico gera e termina no condutor exterior. E neste condutor particular, uma fonte de corrente deve estar presente para gerar um campo magnético. Mas, como já discutimos, o guia de onda é um único meio de transmissão condutor. Esta é a razão pela qual o modo TEM não é suportado em guias de onda.

Parâmetros de um guia de onda

• Comprimento de onda de corte: É o comprimento de onda máximo do sinal transmitido que pode ser propagado dentro da guia de onda sem qualquer atenuação. Isto significa até o comprimento de onda de corte, um sinal de microondas pode ser facilmente transmitido através da guia de onda. É denotado por λc.
• Velocidade de grupo: Velocidade de grupo é a velocidade com que a onda se propaga dentro da guia de onda. Se a portadora transmitida é modulada, então a velocidade do envelope de modulação é um pouco menor quando comparada ao sinal portador.
  Esta velocidade do envelope é denominada como velocidade de grupo. Ela é representada por Vg.
• Velocidade de fase: É a velocidade com que a onda transmitida altera a sua fase durante a propagação. Ou podemos dizer que é basicamente a velocidade de uma fase em particular da onda propagadora. Ela é denotada por Vp.
• Impedância da onda: É também conhecida como a impedância característica. É definida como a razão entre o campo elétrico transversal e o do campo magnético transversal durante a propagação da onda em qualquer ponto dentro da guia de onda. É denotado por Zg.

Vantagens das guias de onda

1. Em guias de onda, a perda de potência durante a propagação é quase insignificante.
2. Os guias de onda têm a capacidade de gerir a potência do grande sinal.
3. As guias de ondas possuem uma estrutura simples, assim a sua instalação é um pouco fácil.

Desvantagens das guias de ondas

1. Os custos de instalação e fabricação das guias de ondas são elevados.
2. Os guias de onda são geralmente rígidos por natureza e por isso às vezes causam dificuldades em aplicações onde a flexibilidade do tubo é necessária.
3. É um pouco grande em tamanho e mais volumoso em comparação com outras linhas de transmissão.

No caso dos guias de onda é digno de nota que o seu diâmetro deve ter um certo valor para ter uma propagação adequada do sinal. Isto porque se seu diâmetro é muito pequeno e o comprimento de onda do sinal a ser propagado é grande (ou a freqüência do sinal é pequena) então ele não será propagado corretamente.

Então, a freqüência do sinal deve ser maior que a freqüência de corte para ter uma transmissão de sinal apropriada.