Engenharia de micro-ondas - guias de ondas

Geralmente, se a frequência de um sinal ou de uma determinada banda de sinais for alta, a utilização da largura de banda será alta, pois o sinal fornece mais espaço para que outros sinais se acumulem. No entanto, os sinais de alta frequência não podem viajar distâncias maiores sem serem atenuados. Estudamos que as linhas de transmissão ajudam os sinais a percorrer distâncias maiores.

As microondas se propagam através de circuitos, componentes e dispositivos de microondas, que atuam como parte das linhas de transmissão de microondas, amplamente chamadas de guias de ondas.

Um tubo metálico oco de seção transversal uniforme para transmitir ondas eletromagnéticas por reflexões sucessivas das paredes internas do tubo é chamado de Waveguide.

A figura a seguir mostra um exemplo de guia de ondas.

Um guia de ondas é geralmente preferido em comunicações de microondas. Guia de ondas é uma forma especial de linha de transmissão, que é um tubo oco de metal. Ao contrário de uma linha de transmissão, um guia de ondas não tem condutor central.

As principais características de um guia de ondas são -

A parede do tubo fornece indutância distribuída.
O espaço vazio entre as paredes do tubo fornece capacitância distribuída.
Estes são volumosos e caros.

Vantagens dos guias de ondas

A seguir estão algumas vantagens dos guias de onda.

Os guias de ondas são fáceis de fabricar.
Eles podem lidar com uma potência muito grande (em kilo watts).
A perda de potência é muito insignificante em guias de onda.
Eles oferecem perda muito baixa (baixo valor de atenuação alfa).
Quando a energia de microondas viaja através do guia de onda, ela experimenta perdas menores do que um cabo coaxial.

Tipos de guias de ondas

Existem cinco tipos de guias de ondas.

Guia de onda retangular
Guia de onda circular
Guia de ondas elíptico
Guia de onda de sulco único
Guia de ondas duplo

As figuras a seguir mostram os tipos de guias de onda.

Os tipos de guias de ondas mostrados acima são ocos no centro e feitos de paredes de cobre. Eles têm um revestimento fino de Au ou Ag na superfície interna.

Vamos agora comparar as linhas de transmissão e os guias de onda.

Linhas de transmissão vs. guias de onda

A principal diferença entre uma linha de transmissão e um guia de ondas é -

UMA two conductor structure que pode suportar uma onda TEM é uma linha de transmissão.
UMA one conductor structure que pode suportar uma onda TE ou uma onda TM, mas não uma onda TEM, é chamada de guia de ondas.

A tabela a seguir mostra as diferenças entre linhas de transmissão e guias de onda.

Linhas de transmissão	Waveguides
Suporta onda TEM	Não é compatível com a onda TEM
Todas as frequências podem passar	Apenas as frequências que são maiores do que a frequência de corte podem passar
Transmissão de dois condutores	Transmissão de um condutor
Os reflexos são menos	Uma onda viaja através de reflexos das paredes do guia de ondas
Tem uma impedância característica	Tem impedância de onda
A propagação de ondas está de acordo com a "teoria do circuito"	A propagação das ondas está de acordo com a "teoria do campo"
Tem um condutor de retorno à terra	O condutor de retorno não é necessário, pois o corpo do guia de ondas atua como terra
A largura de banda não é limitada	A largura de banda é limitada
Ondas não se dispersam	Ondas se dispersam

Velocidade de Fase

Velocidade de fase é a taxa na qual a onda muda sua fase para passar por uma mudança de fase de 2πradianos. Pode ser entendido como a mudança na velocidade dos componentes de onda de uma onda senoidal, quando modulada.

Vamos derivar uma equação para a velocidade da fase.

De acordo com a definição, a taxa de mudança de fase em 2π radianos deve ser considerado.

Que significa, $λ$ / $T$ conseqüentemente,

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} $$

Onde,

$ λ $ = comprimento de onda e $ T $ = tempo

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f $$

Já que $ f = \ frac {1} {T} $

Se multiplicarmos o numerador e o denominador por 2π então nós temos

$$ V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi} $$

Sabemos que $ \ omega = 2 \ pi f $ and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $

A equação acima pode ser escrita como,

$$ V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Portanto, a equação para a velocidade de fase é representada como

$$ V_p = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Velocidade do Grupo

A velocidade do grupo pode ser definida como a taxa na qual a onda se propaga através do guia de ondas. Isso pode ser entendido como a taxa na qual um envelope modulado viaja em comparação com o portador sozinho. Esta onda modulada viaja através do guia de ondas.

A equação da Velocidade do Grupo é representada como

$$ V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta} $$

A velocidade do envelope modulado é geralmente mais lenta do que o sinal da portadora.