Guías de ondas: ¿Cómo se puede propagar a una sola frecuencia?

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

La frecuencia de corte es: -

Donde c es la velocidad de la luz en la guía de ondas y$\mu$y$\epsilon$son la permeabilidad y la permitividad del aire dieléctrico dentro de la guía de ondas. También "a" es la más larga de las dos dimensiones internas de la guía de ondas: -

Básicamente, lo que esta ecuación te dice es que la frecuencia más baja está determinada por la dimensión "a" y esa frecuencia tiene una longitud de onda de 2a. La mitad de "a" que es un cuarto de longitud de onda implica un circuito abierto a esa frecuencia, por lo tanto, las "placas" superior e inferior de la guía de ondas, en efecto, no están conectadas.

La frecuencia máxima que se puede pasar es un poco más complicada 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 decente de frecuencias sin una atenuación importante dentro de una guía de ondas.

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

La imagen de arriba es un dibujo de una guía de ondas y muestra dos "barras colectoras", que pueden considerarse como las conexiones eléctricas de entrada o salida. Si la barra colectora es delgada, la dimensión a/2 es la mitad del ancho físico de la guía de ondas.

Esto define el límite inferior de frecuencia de la guía de ondas.

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

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

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

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

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

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

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

(Imagen del usuario de Wikimedia SpinningSpark, CC-BY-SA)

Son posibles muchas otras estructuras, incluidos elementos dieléctricos colocados en la guía, cambios en la sección transversal de la guía, ranuras en la pared de la guía, etc. También son comunes los filtros que funcionan mediante el acoplamiento selectivo de señales entre dos guías de ondas que funcionan en paralelo. Para obtener más detalles, consulte el artículo de Wikipedia sobre filtros de guía de ondas .

Finalmente, debido a que estas estructuras generalmente se colocan a intervalos uniformemente espaciados a lo largo de la guía de ondas, 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 pasos de banda muy estrechos.