O cálculo de uma guia de ondas retangular começa nas dimensões internas, no meio de preenchimento e nos modos. Para uma guia metálica uniforme com ar, a largura a define o corte TE10 e a altura b também limita os modos superiores. O cálculo inicial não substitui a banda garantida dos componentes.
Passo 1: definir banda, modo e unidades
Indique frequências mínima e máxima, material de preenchimento e modo pretendido. No modelo ideal com ar, fc,mn = (c/2)√[(m/a)² + (n/b)²]. Use a e b em metros para obter hertz.
Nos modos TE, m e n não podem ser ambos zero. Nos TM, ambos devem ser positivos. TE01 é possível; TM10 não é um modo desta guia retangular ideal.
Não aplique este modelo de paredes metálicas diretamente a uma guia ótica de silício baseada em interfaces dielétricas. São problemas de confinamento diferentes.
Passo 2: escolher largura e altura
Para a > b, o modo dominante habitual é TE10, com fc,10 = c/(2a). Para propagar a uma frequência f, a precisa de exceder λ0/2 no modelo com ar. Trabalhar quase no corte, porém, pode aumentar dispersão e perdas.
A 10 GHz, λ0 ≈ 29,98 mm e metade é 14,99 mm. WR-90 tem dimensões internas 22,86 × 10,16 mm. A altura não é exatamente metade da largura: não substitua a dimensão de desenho por a/2.
Espessura de parede e comprimento longitudinal são outras dimensões. O comprimento afeta fase e perda, mas não é a altura b nem entra na fórmula de corte de uma secção uniforme infinita.
Passo 3: verificar corte, banda e comprimento guiado
Para WR-90 com ar, TE10 corta em cerca de 6,56 GHz, TE20 em 13,11 GHz e TE01 em 14,75 GHz. O intervalo nominal de uso comum é 8,2–12,4 GHz.
O comprimento de onda guiado de um modo propagante é λg = λ0/√[1 − (fc/f)²]. A 10 GHz no TE10 de WR-90 resulta aproximadamente 39,7 mm.
| Grandeza | Exemplo WR-90 |
|---|---|
| Largura a | 22,86 mm. |
| Altura b | 10,16 mm. |
| Corte TE10 | 6,56 GHz. |
| λ em espaço livre a 10 GHz | 29,98 mm. |
| λ guiado a 10 GHz | 39,7 mm. |
Não existe uma regra geral de manter 25% abaixo do limite nominal de 12,4 GHz. Use o intervalo de especificação e o desempenho de curvas, janelas e transições. Um modo superior possível não é necessariamente fortemente excitado, mas as descontinuidades exigem avaliação.
O que muda com outro dielétrico
Num preenchimento homogéneo ideal, a velocidade do meio e a sua impedância substituem os valores do ar. Para material não magnético, o corte escala aproximadamente com 1/√εr. Num preenchimento parcial ou dispersivo, uma simples substituição pode não bastar.
Inclua perdas e comportamento térmico do material. Acrescentar PTFE ou cerâmica não preserva automaticamente a banda de uma guia originalmente oca.
Tolerâncias e montagem
Uma pequena variação de largura produz aproximadamente Δfc/fc ≈ −Δa/a para TE10. É uma sensibilidade, não um valor de tolerância aprovado para qualquer peça.
Flanges, degraus, deslocamentos, rugosidade e curvatura podem criar reflexão e perda mesmo com uma largura média correta. Compare o conjunto com a simulação e a medição RF.
Documentação
Registe banda, modos, dimensões internas, comprimento, meio, flanges e critérios de aceitação. Consulte as equações de guia e a tabela dimensional e confirme as garantias do produto escolhido.
