Uma guia de onda conduz energia eletromagnética com uma geometria que suporta determinadas distribuições de campo, chamadas modos. Para começar, convém distinguir estrutura, modos, corte, propagação e acoplamento. As fórmulas de uma guia metálica retangular não descrevem automaticamente uma fibra ou uma guia integrada em silício.
1. A estrutura define o problema
Uma guia metálica oca confina o campo por meio das condições nas paredes condutoras. Pode ter secção retangular, circular ou outra forma. Uma guia dielétrica usa uma distribuição de índices e pode ter campos evanescentes fora da região principal.
Uma linha coaxial também é uma estrutura guiada, mas tem dois condutores. Não se deve dizer que energia no coaxial é transportada apenas por eletrões e na guia apenas por ondas: em ambos os casos a análise envolve campos.
2. Modos TE, TM e TEM
Tomando z como direção de propagação, TE tem Ez = 0 e TM tem Hz = 0. Num modo TEM ambos os campos são transversais. Uma guia oca de um único condutor, preenchida uniformemente, não suporta o TEM habitual de um coaxial homogéneo.
Na guia retangular com largura a maior que altura b, TE10 é normalmente o modo dominante. Os índices indicam a variação transversal dos campos; não representam a potência nem um número de canais de dados.
3. Frequência de corte
Para uma guia retangular preenchida com ar, fc,mn = (c/2)√[(m/a)² + (n/b)²]. Em TE, os dois índices não podem ser ambos zero; em TM ambos têm de ser positivos.
WR-90 tem a = 22,86 mm e b = 10,16 mm. Para TE10, fc = c/(2a) ≈ 6,56 GHz, não 3,75 GHz. A banda de uso habitual é 8,2–12,4 GHz.
Abaixo do corte, o modo ideal não é uma onda progressiva comum: o campo decai evanescentemente. Uma secção curta ainda pode permitir acoplamento, o que não a torna uma linha longa de propagação desse modo.
4. Comprimento de onda e impedância modal
Acima do corte, λg = λ0/√[1 − (fc/f)²]. A 10 GHz no WR-90, λg é aproximadamente 39,7 mm, maior que os 30,0 mm do espaço livre.
Na aproximação sem perdas e com ar, ZTE = η0/√[1 − (fc/f)²] e ZTM = η0√[1 − (fc/f)²]. Para TE10 do exemplo, ZTE é cerca de 499 Ω. Não é um valor fixo de 450 Ω nem a resistência medida entre duas pontas de um multímetro.
Velocidade de fase e de grupo são distintas. No modelo ideal, a fase pode superar c, enquanto o transporte de informação não se torna mais rápido que a luz.
5. Acoplamento, perdas e medição
Sondas, laços, aberturas e transições podem excitar modos. Geometria, orientação e posição importam; um comprimento λ/4 por si só não garante adaptação para qualquer configuração.
As perdas dependem de condutividade, superfície, frequência, juntas e percurso. Defina planos de referência e calibre o VNA para medir reflexão e transmissão. Um valor favorável de S11 não prova a potência máxima suportada.
Como usar uma tabela WR
| Dado | Interpretação |
|---|---|
| Dimensões | Normalmente internas, com tolerâncias no desenho. |
| Banda habitual | Referência que não substitui a ficha de cada componente. |
| Flange | Interface a verificar em ambas as peças. |
| Potência e perda | Valores com frequência, ambiente e condições. |
Guias óticas são outro caso de projeto
Guias em silício, fibras e microlentes dependem de comprimento de onda ótico, índices, secção e acoplamento. Não se interpreta uma patente de reflexão interna total usando diretamente a tabela WR-90. Modos híbridos e dispersão material também podem ser relevantes.
Consulte a matemática de guias metálicas e a explicação de guias óticas. Nos componentes Dolph Microwave, confirme dimensões, banda e interface da peça selecionada.
