Guías de onda: ¿Cómo se puede propagar en una sola frecuencia?

Las guías de onda tienen una frecuencia de corte "baja" a la que las ondas EM ya no pasarán por la guía de onda, sino que pasarán una banda decente de frecuencias por encima de este punto de corte y la teoría es bien conocida.

La frecuencia de corte es: -

Dondeceslavelocidaddelaluzenlaguíadeondasy\$\mu\$y\$\epsilon\$sonlapermeabilidadylapermitividaddeldieléctricodelairedentrodelaguíadeondas.También"a" es la más larga de las dos dimensiones internas de la guía de onda: -

Básicamente,loqueestaecuaciónlediceesquelafrecuenciamásbajaestádeterminadaporladimensión"a" y que la frecuencia tiene una longitud de onda de 2a. La mitad de "a" es un cuarto de longitud de onda implica un circuito abierto a esa frecuencia, por lo tanto, las "placas" superiores e inferiores de la guía de ondas no están conectadas, en efecto.

La frecuencia máxima que se puede pasar es un poco más difícil de explicar y se basa en la comprensión de los modos de operación, pero es bastante fácil de explicar que se puede pasar una banda de frecuencias decente sin una atenuación seria dentro de una guía de onda.

El punto de corte debe entenderse fácilmente, pero para comprender que una guía de onda puede pasar un montón de frecuencias, se necesita un pequeño salto de fe (sin entrar en las matemáticas): -

Laimagendearribaesundibujodeunaguíadeondasymuestrados"barras de bus", que pueden considerarse como las conexiones eléctricas dentro o fuera. Si la barra de bus es delgada, la dimensión a / 2 es la mitad del ancho físico de la guía de onda.

Esto define el límite de frecuencia más bajo de la guía de onda.

Ahora, imagine que para las frecuencias más altas, la barra se engordó. Sí, sé que no hay una barra de bus dentro de la guía de onda porque es una pieza sólida de metal con forma de tubo, pero la analogía de la barra de bus es ayudar a comprender el concepto de que las frecuencias más altas funcionarán ...

Si la barra se engorda, entonces se reduce un / 2. Cualquiera que sea el valor a / 2 es, será un cuarto de onda en alguna frecuencia y esto será un circuito abierto a la señal eléctrica aplicada.

Por lo tanto, las guías de onda pueden pasar un rango de frecuencias y no están limitadas a exactamente una frecuencia puntual.

La respuesta de Andy muestra por qué una guía de onda con una sección transversal uniforme tiene un ancho de banda de transmisión muy amplio, por lo que no se puede utilizar para transferir selectivamente una frecuencia en particular.

Pero también es posible construir estructuras de guía de onda que funcionan como filtros analógicos. Dentro de la banda de la geometría nominal de la guía de onda, se pueden producir filtros de paso bajo, paso alto, paso de banda y parada de banda.

Al igual que en la teoría de la línea de transmisión, las discontinuidades en la estructura de la guía de onda afectan a la onda de propagación de manera muy similar a como lo harían los capacitores discretos o los inductores. Estos elementos se pueden combinar para formar filtros.

Por ejemplo, una placa delgada colocada en la guía de ondas se llama iris , y los circuitos equivalentes de diferentes formas de iris se muestran aquí:

(ImagendelusuariodeWikimediaSpinningSpark,CC-BY-SA)

Sonposiblesmuchasotrasestructuras,incluidosloselementosdieléctricoscolocadosenlaguía,cambiosenlaseccióntransversaldelaguía,ranurasenlapareddelaguía,etc.Losfiltrosquefuncionanmedianteelacoplamientoselectivodeseñalesentredosguíasdeondaqueseejecutanenparalelotambiénsoncomún.Paraobtenermásinformación,consulteelartículodeWikipediaen filtros de guía de onda .

Finalmente, debido a que estas estructuras generalmente se colocan a intervalos uniformemente espaciados a lo largo de la guía de onda, pueden producir filtros de orden bastante alto. Para el caso de hacer un filtro de paso de banda, esto significa que pueden ser altamente selectivos de bandas de paso muy estrechas.