Una guía de ondas es una estructura que confina y conduce campos electromagnéticos. Para comprender una guía metálica hueca conviene separar paredes, modos, corte, propagación y pérdidas. Aquí se usa principalmente la sección rectangular llena de aire; las guías ópticas y dieléctricas requieren sus propios modelos.
1. Las paredes determinan el campo permitido
En el modelo de conductor perfecto, el campo eléctrico tangencial es cero en la pared. Las soluciones que respetan las condiciones de contorno no tienen cualquier distribución: forman modos determinados por la sección y el material de llenado.
La imagen de una onda que rebota ayuda a visualizar el guiado, pero no sustituye el cálculo del campo. Un tubo metálico cualquiera no transmite todas las frecuencias con poca pérdida.
2. TE y TM describen componentes longitudinales
Con z como dirección de propagación, TE tiene Ez = 0 y TM tiene Hz = 0. No significa que falte por completo el campo eléctrico o magnético. En TE existe componente magnética longitudinal; en TM, componente eléctrica longitudinal.
Para una sección rectangular, los índices m y n describen la distribución transversal. En TE puede ser cero uno de ellos, pero no ambos. En TM los dos son al menos 1. Con anchura a > b, el modo de menor corte es TE10.
Una guía hueca con un único contorno conductor y llenado homogéneo no admite el modo TEM. El coaxial tiene dos conductores y sí admite un modo TEM básico. Las guías circulares tienen otras familias y condiciones de corte.
3. El corte no es el comienzo de la banda recomendada
En aire, fc,mn = (c/2)√[(m/a)² + (n/b)²], utilizando dimensiones en metros. Para TE10, fc = c/(2a). Por debajo del corte aparece comportamiento evanescente, no la propagación ordinaria de ese modo.
| Parámetro | Valor aproximado |
|---|---|
| Corte TE10 | 6,56 GHz. |
| Corte TE20 | 13,11 GHz. |
| Banda práctica habitual | 8,2–12,4 GHz. |
El corte de WR-90 no es 3,75 GHz. La banda práctica deja margen frente al corte dominante y la aparición de otros modos, y depende también de los componentes conectados.
4. La longitud de onda guiada cambia con la frecuencia
Para un modo propagante en el modelo sin pérdidas, λg = λ0/√[1 − (fc/f)²]. En WR-90 a 10 GHz, λ0 es aproximadamente 30,0 mm y λg unos 39,7 mm.
La impedancia de onda TE es ZTE = η/√[1 − (fc/f)²], donde η es la impedancia del medio. A 10 GHz en ese ejemplo resulta cerca de 499 Ω. No es una resistencia fija de 450 Ω ni debe tratarse como un puerto coaxial de 50 Ω.
La velocidad de fase puede superar c en este modelo sin transportar información más rápido que la luz. La dispersión hace necesario distinguir fase, envolvente y retraso del sistema.
5. Pérdidas, adaptación y potencia son propiedades del conjunto
La conductividad finita de las paredes, rugosidad y dieléctricos introducen pérdidas. Uniones, curvas y transiciones también pueden producir reflexión o conversión modal. Un valor de dB/m de un tramo recto no describe automáticamente una ruta ensamblada.
Sondas, lazos y otras transiciones excitan modos mediante su acoplamiento con el campo. La geometría y posición importan; una sección de un cuarto de onda no elimina todas las reflexiones en cualquier banda.
La potencia admisible depende de campos máximos, calentamiento, presión, ventanas y modo de operación. No todas las guías admiten los mismos kilovatios. Solicita condiciones de potencia media, pico y ciclo de trabajo.
Primera comprobación de un diseño
- Definir frecuencia, banda, llenado y sección.
- Calcular cortes y revisar modos que pueden propagarse.
- Confirmar banda e interfaces de cada transición y accesorio.
- Medir S11 y S21 con calibración y planos de referencia definidos.
- Comparar con la especificación completa, incluyendo temperatura y potencia cuando corresponda.
Las relaciones se desarrollan en Microwaves101. Para seleccionar guías y componentes Dolph Microwave, utiliza dimensiones, banda y brida, además del nombre comercial.
