Definiție: Ghidurile de undă sunt o categorie specială de linii de transmisie care este utilizată pentru a ghida (direcționa) undele (radiația) pe lungimea tubului. Acestea sunt, de obicei, un tub metalic gol care acționează ca mediu de transfer sau de transmitere a energiei.

Fibrele optice sunt un tip de ghid de undă mai exact putem spune ghid de undă dielectric care funcționează la frecvențe optice pentru a transmite semnalul optic (luminos).

Contenit: Ghiduri de undă

1. Introducere
2. Tipuri
3. Metode de propagare
4. Parametri
5. Avantaje
6. Dezavantaje

Introducere

În ghidurile de undă, energia se propagă printr-un tub. Acesta poate fi un ghid de undă dreptunghiular sau cilindric care nu este format din niciun conductor central. Acestea sunt utilizate în principiu pentru propagarea energiei electromagnetice (microunde) sau a semnalului de la un capăt la altul. În cazul transmiterii semnalelor de joasă frecvență, se utilizează fie linii de transmisie paralele, fie cabluri coaxiale. Dar în cazul transmiterii semnalelor de înaltă frecvență, se folosesc în principal ghidurile de undă.

Frecvența unui semnal de microunde se situează undeva între 300 MHz și 300 GHz. Aceste unde se propagă, în general, în spațiul liber cu viteza luminii, adică 3Χ108 m/sec.

Guidele de undă au înlocuit liniile de transmisie (sau cablurile coaxiale) din cauza atenuării mai mari și a pierderilor dielectrice care erau asociate cu liniile de transmisie. Ca și cu ajutorul ghidurilor de undă, se poate obține o atenuare mică a semnalului și o lățime de bandă mare. Ghidurile de undă funcționează practic ca un filtru trece înalt, deoarece permite transmiterea componentelor de înaltă frecvență, atenuând în același timp semnalele de joasă frecvență.

Figura de mai jos reprezintă un ghid de undă dreptunghiular:

Un ghid de undă transmite un semnal de microunde prin efectuarea de reflexii continue de la pereții interiori ai tubului cilindric gol. Pereții ghidurilor de undă sunt, în general, confecționați din cupru, aluminiu sau alamă. Cu toate acestea, suprafața sa interioară este acoperită cu aur sau argint.

Tipuri de ghiduri de undă

Guidele de undă sunt clasificate în principal ca fiind dreptunghiulare sau circulare, dar acestea sunt, în principiu, de 5 tipuri diferite:

Moduri de propagare într-un ghid de undă

Când o undă electromagnetică este transmisă printr-un ghid de undă. Atunci ea are două componente de câmp care oscilează reciproc perpendicular una față de cealaltă. Dintre cele două, una este câmpul electric, iar cealaltă este un câmp magnetic.

Figura de mai jos reprezintă propagarea unei unde electromagnetice pe direcția z cu cele două componente de câmp:

Primul mod de propagare a undei în interiorul ghidului de undă are la origine, în principiu, 2 moduri. Cu toate acestea, în ansamblu există practic 3 moduri, care sunt următoarele:

• Unda electrică transversală:

În acest mod de propagare a undei, componenta câmpului electric este total transversală la direcția de propagare a undei, în timp ce câmpul magnetic nu este total transversal la direcția de propagare a undei. Este prescurtat ca mod TE.

• Unda magnetică transversală:

În acest mod de propagare a undelor, componenta câmpului magnetic este total transversală la direcția de propagare a undelor în timp ce câmpul electric nu este total transversal la direcția de propagare a undelor. Este abreviat ca mod TM.

• Unda electromagnetică transversală:

În acest mod de propagare a undei, ambele componente ale câmpului, adică câmpul electric și cel magnetic, sunt total transversale față de direcția de propagare a undei. Este abreviat ca mod TEM.

Este de remarcat aici că, modul TEM nu este acceptat în ghidurile de undă. În ceea ce privește modul TEM, este nevoie de prezența a doi conductori și știm deja că un ghid de undă este un singur conductor gol.

Acum, se pune întrebarea de ce avem nevoie de doi conductori pentru ca modul TEM să aibă loc?

Răspunsul la întrebarea de mai sus este că, într-un mod TEM, atât câmpul electric cât și cel magnetic sunt total transversale față de direcția de propagare a undei.

În cazul a doi conductori separați, acest lucru este posibil deoarece, din conductorul interior, câmpul electric se generează și se termină la cel exterior. Iar la acest conductor particular, trebuie să fie prezentă o sursă de curent pentru a genera un câmp magnetic. Dar, după cum am discutat deja, ghidul de undă este un mediu de transmisie cu un singur conductor. Acesta este motivul pentru care modul TEM nu este suportat în ghidurile de undă.

Parametrii unui ghid de undă

• Lungimea de undă de tăiere: Este lungimea de undă maximă a semnalului transmis care se poate propaga în ghidul de undă fără nici o atenuare. Aceasta înseamnă că până la lungimea de undă de tăiere, un semnal de microunde poate fi transmis cu ușurință prin ghidul de undă. Se notează cu λc.
• Viteza de grup: Viteza de grup este viteza cu care se propagă unda în interiorul ghidului de undă. Dacă purtătoarea transmisă este modulată, atunci viteza învelișului de modulație este ceva mai mică în comparație cu semnalul purtător.
  Această viteză a învelișului se numește viteză de grup. Ea este reprezentată de Vg.
• Viteza de fază: Este viteza cu care unda transmisă își schimbă faza în timpul propagării. Sau putem spune că este practic viteza unei anumite faze a undei care se propagă. Se notează prin Vp.
• Impedanța de undă: Este cunoscută și sub denumirea de impedanță caracteristică. Este definită ca fiind raportul dintre câmpul electric transversal și cel magnetic transversal în timpul propagării undei în orice punct din interiorul ghidului de undă. Se notează cu Zg.

Avantajele ghidurilor de undă

1. În ghidurile de undă, pierderea de putere în timpul propagării este aproape neglijabilă.
2. Ghidurile de undă au capacitatea de a gestiona puterea semnalelor mari.
3. Deoarece ghidurile de undă posedă o structură simplă, astfel instalarea lor este oarecum ușoară.

Dezavantajele ghidurilor de undă

1. Costul de instalare și de fabricație este ridicat.
2. Guidele de undă sunt, în general, de natură rigidă și, prin urmare, uneori cauzează dificultăți în aplicațiile în care este necesară flexibilitatea tubului.
3. Este oarecum de dimensiuni mari și mai voluminoase în comparație cu alte linii de transmisie.

Este de remarcat în cazul ghidurilor de undă că diametrul lor trebuie să aibă o anumită valoare pentru a avea o propagare adecvată a semnalului. Acest lucru este așa deoarece dacă diametrul său este foarte mic și lungimea de undă a semnalului care trebuie propagat este mare (sau frecvența semnalului este mică), atunci acesta nu se va propaga corespunzător.

De aceea, frecvența semnalului trebuie să fie mai mare decât frecvența de tăiere pentru a avea o transmisie corespunzătoare a semnalului.

.