Puntos de discusión: líneas de transmisión y guías de ondas
- Introducción a las líneas de transmisión y guías de ondas
- Tipos de guías de ondas
- Tipos de líneas de transmisión
- Guía de ondas de placa paralela
- Guía de onda rectangular
- Guía de ondas circulares
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Introducciones a las líneas de transmisión (TL) y la guía de ondas (WG)
La invención y el desarrollo de líneas de transmisión y otras guías de ondas para la transmisión de potencia de baja pérdida a alta frecuencia se encuentran entre los primeros hitos en la historia de la ingeniería de microondas. Anteriormente, los estudios de Radiofrecuencia y afines giraban en torno a los diferentes tipos de medios de transmisión. Tiene ventajas para controlar alta potencia. Pero, por otro lado, es ineficaz para controlar a valores más bajos de frecuencias.
Las líneas de dos cables cuestan menos, pero no tienen blindaje. Hay cables coaxiales que están blindados, pero es difícil fabricar los complicados componentes de microondas. La ventaja de la línea Planar es que tiene varias versiones. Slot lines, coplanares, micro-strip lines son algunas de sus formas. Estos tipos de líneas de transmisión son compactas, económicas y fácilmente integrables con dispositivos de circuito activo.
Parámetros como constante de propagación, impedancia característica, constantes de atenuación consideran cómo se comportará una línea de transmisión. En este artículo, aprenderemos sobre los diversos tipos de ellos. Casi todas las líneas de transmisión (que tienen múltiples conductores) son capaces de soportar las ondas electromagnéticas transversales. Los componentes del campo longitudinal no están disponibles para ellos. Esta propiedad particular caracteriza las líneas TEM y las guías de onda. Tienen un voltaje, corriente e impedancia característica únicos. Las guías de onda, que tienen un solo conductor, pueden soportar TE (eléctrico transversal) o TM (magnético transversal), o ambos. A diferencia de Now, los modos eléctrico transversal y magnético transversal tienen sus respectivos componentes de campo longitudinal. Están representados por esa propiedad.
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Tipos de guías de ondas
Aunque hay varios tipos de guías de ondas, a continuación se enumeran algunas de las más populares.
Tipos de líneas de transmisión
Algunos de los tipos de líneas de transmisión se enumeran a continuación.
- línea de banda
- Línea microstrip
- Línea coaxial
Guía de ondas de placa paralela
La guía de onda de placa paralela es uno de los tipos populares de guía de onda, que es capaz de controlar los modos magnético transversal y eléctrico transversal. Una de las razones detrás de la popularidad de las guías de ondas de placas paralelas es que tienen aplicaciones en la creación de modelos para los modos de orden superior en líneas.
La imagen de arriba (Líneas de transmisión y guías de ondas) muestra la geometría de la guía de ondas de placas paralelas. Aquí, el ancho de la tira es W y se considera más significativo que la separación de d. Así es como se pueden cancelar el campo fringing y cualquier variable x. El espacio entre dos placas se rellena con un material de permitividad ε y permeabilidad μ.
Modos TEM
La solución de los modos TEM se calcula con la ayuda de la solución de la ecuación de Laplace. La ecuación se calcula considerando el factor de voltaje electrostático que se encuentra entre las placas conductoras.
Resolviendo, la ecuación, el campo eléctrico transversal viene como:
e– (x, y) = ∇t ϕ (x, y) = - y^ Vo / D.
Entonces, el campo eléctrico total es: E– (x, y, z) = h– (x, y) mi- jkz =y^ (Vo / d) * mi-jkz
k representa la constante de propagación. Se da como: k = w √ (μ * ε)
La ecuación de los campos magnéticos viene como:
Aquí, η se refiere a la impedancia intrínseca del medio que se encuentra entre las placas conductoras de las guías de ondas de placas paralelas. Se da como: η = √ (μ / ε)
Modos TM
Los modos transversales magnéticos o TM se pueden caracterizar por Hz = 0 y un valor de campo eléctrico finito.
(∂2 / ∂y2 +k2c) Yz (x, y) = 0
Aquí kc es el número de onda de corte y está dado por kc = √ (k2 - β2)
Después de la solución de la ecuación, el eléctrico presentó EX viene como:
Ez (x, y, z) = An pecado (n * π * y / d) * e- jβz
Los componentes del campo transversal se pueden escribir como:
Hx = (jw ε / kc) An cos (nπy / d) e- jβz
Ey = (-jB / kc) An cos (nπy / d) e- jβz
Ex = Hy = 0.
La frecuencia de corte del modo TM se puede escribir como:
fc=kc / (2π * √ (με)) = n / (2d * √ (με))
La impedancia de onda viene como ZTM = β / ωε
La velocidad de fase: vp = ω / β
La longitud de onda de la guía: λg = 2π / β
Modos TE
Hz (x, y) = Bn cos (nπy / d) e- jβz
Las ecuaciones de los campos transversales se enumeran a continuación.
La constante de propagación β = √ (k2 - (nπ / d)2)
La frecuencia de corte: fc = norte / (2d √ (με))
La impedancia del modo TM: ZTE = Ex / Hy =kn/ β = ωμ / β
guía de onda rectangular
La guía de onda rectangular es uno de los principales tipos de guía de ondas que se utilizan para transmitir señales de microondas y, aún así, se han utilizado.
Con el desarrollo de la miniaturización, la guía de ondas ha sido reemplazada por líneas de transmisión planas como líneas de banda y líneas de microbanda. Aplicaciones que utilizan potencia de alta calificación, que utiliza tecnologías de ondas milimétricas, algunas tecnologías satelitales específicas todavía utilizan las guías de ondas.
Dado que la guía de ondas rectangular no tiene más de dos conductores, solo es compatible con los modos magnético transversal y eléctrico transversal.
Modos TE
La solución para Hz viene como: Hz (x, y, z) = Amn cos (mπx / a) cos (nπy / b) e- jβz
Amn es una constante.
Los componentes de campo de los modos TEmn se enumeran a continuación:
La constante de propagación es,
Modos TM
La solución para Ez viene como: Ez (x, y, z) = segundomn sin (mπx / a) sin (nπy / b) e- jβz
Bmn es constante.
El componente de campo del modo TM se calcula a continuación.
Propagación constante :
La impedancia de onda: ZTM = Ex / Hy = -miy / Hx = bη * η / k
Guía de ondas circulares
La guía de ondas circular es una estructura de tubería redonda amortiguada. Es compatible con los modos TE y TM. La siguiente imagen representa la descripción geométrica de una guía de ondas circular. Tiene un radio interior 'a' y se emplea en coordenadas cilíndricas.
Eρ = (- j/k2c) [β ∂Ez/ ∂ρ + (ωµ / ρ) ∂ Hz/ ∂φ]
Eϕ = (- j/k2c) [β ∂Ez/ ∂ρ - (ωµ / ρ) ∂ Hz/ ∂φ]
Hρ = (j / k2c) [(ωe / ρ) ∂Ez / ∂φ - β ∂ Hz/ ∂ρ]
Hϕ = (-j / k2c) [(ωe / ρ) ∂Ez / ∂φ + β ∂ Hz/ ∂ρ]
Modos TE
La ecuación de onda es:
∇2Hz +k2Hz = 0.
k: ω√μe
La constante de propagación: Bmn = √ (k2 - kc2)
Frecuencia de corte: fcnm =kc / (2π * √ (με))
Los componentes del campo transversal son:
Ep = (- jωµn / k2cρ) * (A cos nφ - B sin nφ) Jn (kcρ) mi- jβz
Hφ = (- jβn / k2cρ) (A cos nφ - B sen nφ) Jn (kcρ) mi- jβz
La impedancia de onda es:
ZTE = Ep / Hϕ = - Eϕ / Hp = ηk/β
Modos TM
Para determinar las ecuaciones necesarias para la guía de ondas circular que opera en modos magnéticos transversales, se resuelve la ecuación de onda y se calcula el valor de Ez. La ecuación se resuelve en coordenadas cilíndricas.
[∂2 / ∂ρ2 + (1 / ρ) ∂ / ∂ρ + (1 / ρ2) ∂2/ ∂φ2 +k2c] miz = 0,
TMnm Constante de propagación del modo ->
βnm = √ (k2 - kc2) = √ (k2 - (pnm/un)2)
Frecuencia de corte: fcnm =kc / (2π√µε) = pagnm / (2πa √με)
Los campos transversales son:
Eρ = (- jβ / kc) (A pecado nφ + B cos nφ) Jn/ (kcρ) mi- jβz
Eφ = (- jβn / k2cρ) (A cos nφ - B sen nφ) Jn (kcρ) mi- jβz
Hρ = (jωen / k2 cρ) (A cos nφ - B sen nφ) Jn (kcρ) mi- jβz
Hφ = (- jωe / kc) (A pecado nφ + B cos nφ) Jn` (kcρ) mi- jβz
La impedancia de onda es ZTM = Ep / Hφ = - Eϕ/Hp = ηβ / k
línea de banda
Uno de los ejemplos de línea de transmisión de tipo planar es Stripline. Es ventajoso para la incorporación dentro microonda circuitos Stripline puede ser de dos tipos: Stripline asimétrico y Stripline no homogéneo. Como stripline tiene dos conductores, es compatible con el modo TEM. La representación geométrica se muestra en la siguiente figura.
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