Guia d'ones: diferència entre les revisions
Contingut suprimit Contingut afegit
Fusió amb Guia d'ona emprant els Viquiestris |
{{fusió|Guia d'ona}} |
||
Línia 1:
{{ortografia}}
{{fusió|Guia d'ona}}▼
{{no enciclopèdic}}
Una '''guia d'ones''' és un dispositiu utilitzat en [[òptica]] i [[telecomunicacions]] que permet dirigir i transmetre [[ona|ones]], habitualment [[ona electromagnètica|electromagnètiques]] i [[ona sonora|acústiques]].
== Història ==
== Guia d'ones electromagnètiques ==▼
La primera guia d'ona va ser proposada per [[Joseph John Thomson]] a [[1893]] i experimentalment verificada per O. J. Lodge a [[1894]]. L'anàlisi matemàtica dels modes de propagació d'un cilindre metàl·lic buit va ser realitzat per primera vegada per [[John Strutt|Lord Rayleigh]] a [[1897]].
Les guies d'ona es poden construir per transportar ones d'una gran part de l'[[espectre electromagnètic]] però són especialment útils en el cas de les [[Freqüència|freqüències]] que corresponen a les [[microones]] i a la [[llum]] visible. En funció de la freqüència es poder fer amb materials [[Conductor elèctric|conductors]] o [[dielèctric]]s. S'utilitzen per a la transferència de [[Potència física|potència]] ([[energia]] per unitat de temps) i de senyals de comunicació.▼
En alguns sistemes de [[telecomunicació|telecomunicacions]] utilitzen la [[propagació d'ones]] en l'espai lliure, però també es pot transmetre [[informació]] mitjançant el confinament de les ones en cables o guies. A [[alta freqüència|altes freqüències]] les [[línia de transmissió|línies de transmissió]] i els [[cable coaxial|cables coaxials]] presenten [[atenuació|atenuacions]] molt elevades pel que impedeixen que la transmissió de la [[informació]] sigui l'adequada, són poc pràctic per a aplicacions en HF ([[alta freqüència]]) o de baix consum de potència, especialment en el cas de les [[senyal]] és les [[longitud d'ona|longituds d'ona]] són de l'ordre de centímetres, és a dir, [[microones]].
La transmissió de senyals per ''' guies d'ona ''' redueix la dissipació d'energia, és per això que s'utilitzen en les [[freqüència]] s denominades de [[microones]] amb el mateix propòsit que les [[línia de transmissió|línies de transmissió]] a [[freqüència]] s més baixes, ja que es presenten poca [[atenuació]] per al maneig de senyals d'alta freqüència.
Aquest nom, s'utilitza per designar els tubs d'un material de secció [[rectangular]], [[circular]] o [[el·liptica]], en els quals la direcció de la [[energia electromagnètica]] de ser principalment conduïda a al llarg de la guia i limitada en les seves fronteres. Les parets conductores del tub confinen l'ona a l'interior per reflexió, a causa de la [[llei de Snell]] a la superfície, on el tub pot estar buit o farcit amb un [[dielèctric]]. El [[dielèctric]] li dóna suport mecànic al tub (les parets poden ser primes), però redueix la [[velocitat de propagació]].
A les guies, els [[camp elèctric|camps elèctrics]] i els [[camp magnètic|camps magnètics]] estan confinats en l'espai que es troba al seu interior, d'aquesta manera no hi ha pèrdues de potència per radiació i les pèrdues al [[dielèctric]] són molt baixes ja que sol ser aire. Aquest sistema evita que hi hagi [[interferència]] s en el camp per altres objectes, al contrari del que passava en els [[sistema de transmissió|sistemes de transmissió]] oberts.
== Principis d'operació ==
Depenent de la freqüència, es poden construir amb materials [[conducció|conductors]] o [[dielèctric]] s. Generalment, com més baixa és la freqüència, major és la guia d'ona. Per exemple, l'espai entre la superfície terrestre i la [[ionosfera]], la [[atmosfera]], actua com una guia d'ona. Les dimensions limitades de la Terra fan que aquesta guia d'ona actuï com [[cavitat ressonant]] per les [[ona electromagnètica|ones electromagnètiques]] a la banda [[freqüència extremadament baixa|ELF]]. (Vegeu [[Ressonància Schumann]]).
Les guies d'ona també pot tenir dimensions de pocs [[centímetre]] s. Un exemple pot ser les utilitzades pels [[Satèl·lit artificial|satèl·lits]] de [[freqüència extremadament alta|EHF]] i pels [[radar]]s.
=== Anàlisi ===
Les guies d'ona electromagnètiques s'analitzen resolent les [[equacions de Maxwell]]. Aquestes equacions tenen solucions múltiples, o ''' maneres ''', que són els autofuncions del sistema d'equacions. Cada manera és doncs caracteritzat per un [[autovalor]], que correspon a la velocitat de propagació axial de l'ona en la guia.
Els modes de propagació depenen de la [[longitud d'ona]], de la [[polarització]] i de les dimensions de la guia. El [[mode longitudinal]] d'una guia d'ona és un tipus particular d'[[ona estacionària]] format per ones confinades a la cavitat. Els [[Mode transversal electromagnètic|modes transversals]]
es classifiquen en tipus diferents:
* Manera TE (Transversal elèctric), la component del camp elèctric en la direcció de propagació és nul.
* Manera TM (Transversal magnètic), la component del camp magnètic en la direcció de propagació és nul.
* Manera TEM (Transversal electromagnètic), la component tant del camp elèctric com del magnètic en la direcció de propagació és nul.
* Manera híbrid, són els que sí que tenen component en la direcció de propagació tant en el camp elèctric com en el magnètic.
En guies d'ona rectangulars el [[mode fonamental]] és el TE <sub> 1,0 </sub> i en guies d'ona circulars és el TE <sub> 1,1 </sub>.
El [[ample de banda]] d'una guia d'ona ve limitat per l'aparició de modes superiors. En una guia rectangular, seria el TE <sub> 0,1 </sub>. Per augmentar aquest ample de banda s'utilitzen altres tipus de guia, com l'anomenada "'' Double Ridge ''", amb secció en forma de "H".
== Aplicacions ==
Les guies d'ona són molt adequades per a transmetre senyals causa de la seva baixes pèrdues. Per això, es fan servir en microones, malgrat la seva amplada de banda limitat i volum, més gran que el de línies impreses o [[cable coaxial|coaxials]] per a la mateixa freqüència.
També es realitzen diferents dispositius en guies d'ona, com acobladors direccionals, filtres, circuladors i altres.
Actualment, són especialment importants, i ho seran més en el futur, les guies d'ona dielèctriques treballant a freqüències de la llum visible i infraroja, habitualment anomenades [[fibra òptica]], útils per a transportar informació de banda ampla, substituint els cables coaxials i enllaços de microones en les xarxes telefòniques i, en general, les xarxes de dades.
== Tipus de guies d'ones==
Hi ha molts tipus de guies d'ona, presentant aquí les més importants:
* [[Guia d'ona rectangular]]([[circular]],[[el·liptica]]): Són aquelles la secció transversal és rectangular ([[circular]],[[el·liptica]]).
* [[Guia d'ona de feix]]: ''' Guia de Onda ''' constituïda per una successió de lents o miralls, capaç de guiar una [[ona electromagnètica]].
* [[Guia d'ona paredada]]: Formada per dos cilindres metàl·lics coaxials units en tota la longitud per un envà radial metàl·lic.
* [[Guia d'ona acanalada]], guiada en V; guiada a H: [[Guia d'ona rectangular]] que inclou ressalts conductors interiors al llarg d'una de cada una de les parets de major dimensió.
* [[Guia d'ona càrrega periòdicament]]: ''' Guia d'ona ''' en què la [[propagació]] ve determinada per les variacions regularment espaiades de les propietats del medi, de les dimensions del medi o de les superfície de contorn.
* [[Guia d'ona dielèctrica]]: Formada íntegrament per un o diversos materials [[dielèctric]] s, sense cap paret conductora.
== Guia d'ona acústiques ==
Una [[guia d'ones acústiques]] és una estructura física per al guiat d'ones de so. Un producte per a la propagació sònica també es comporta com una [[línia de transmissió]]. El producte conté algun mitjà, com aire, per suportar la propagació del so.
== Síntesi del so ==
L'ús de [[línia digital de retard|línies digitals de retard]] com a elements computacionals de simulació de [[propagació d'ones]] en tubs de [[Instrument de vent]] i en [[Equació d'ona|cordes vibrants]] de [[Instrument de corda|instruments de cordes]].
▲== Guia d'ones electromagnètiques ==
▲Les guies d'ona es poden construir per transportar ones d'una gran part de l'[[espectre electromagnètic]] però són especialment útils en el cas de les [[Freqüència|freqüències]] que corresponen a les
* Guia d'ones conductora
* Guia d'ones dielèctrica
== Guia d'ones conductora ==
# Guia d'ones conductora. Teoria general
# Guia rectangular
Linha 22 ⟶ 73:
====Camp electromagnètic en una guia conductora====
Suposarem una estructura cilíndrica de secció recta qualsevol, infinitament llarga i amb parets constituïdes per un conductor perfecte (conductivitat <math>\gamma_2=\infin</math>). La part interior de l'estructura de la guia està plena d'un dielèctric perfecte (<math>\epsilon, \mu</math>). Aquest sistema s'anomena guia d'ones conductora i s'utilitza com un sistema on es propaguen les ones electromagnètiques d'una forma guiada.
Utilitzarem (''s'', ''z'') com a coordenades, on les ''s'' seran les coordenades transversals (que són (''x'', ''y'') o (''r'', ''φ'')). A l'interior de la guia tenim un camp electromagnètic que es propaga verificant l'equació d'ones:
Linha 124 ⟶ 172:
== Enllaços externs ==
* [http://www.microwavecomponentsinc.com/ Guies d'ona, codis i components]
[[Categoria:Electromagnetisme]]
[[Categoria:Telecomunicacions]]
[[Categoria:Ones]]
[[Categoria:Màquines]]
[[af:Golfleier]]
| |||