Guide d'onda

Guide d'onda

Si chiamano guide d'onda quei mezzi di trasmissione per microonde costituiti da tubi metallici a sezione principalmente rettangolare o, talora circolare o ellittica, nei quali viaggiano onde elettromagnetiche.

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Internamente sono lucidate e spesso argentate per migliorare la conduzione delle correnti che si muovono sulla superficie interna per effetto pelle.

Quando si svilupparono gli studi sul radar, dal 1935 in poi, si presentò il problema di trasmettere segnali di grande potenza a microonde e ci si rese conto che i cavi coassiali, di cui si disponeva allora, presentavano, alle frequenze di lavoro dei  gigahertz, una attenuazione inaccettabile.
Si creò allora un  canale di trasmissione senza il dielettrico, che causava l'attenuazione del cavo e senza più due conduttori separati,  bensì un unico conduttore cavo su cui viaggiava un'onda elettromagnetica la cui attenuazione era molto al di sotto di quella dei cavi alle stesse frequenze.

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Da un punto di vista elettronico, le guide d'onda si presentano come un filtro passa alto, con una frequenze di taglio fT dell'ordine dei GHz, con un diagramma di attenuazione che presenta un minimo come indicato in figura.

 

Le guide d'onda sono usate nel campo dei radar, dei ponti radio, dei ripetitori per cellulari, nei satelliti artificiali ed ovunque, in generale, si debbano trasmettere a distanza microonde.

Le onde elettromagnetiche, immesse nella guida attraverso antenne particolari di varia forma,  si propagano dentro le guide d'onda per riflessioni successive lungo le pareti interne fino ad arrivare a destinazione.

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Esistono in generale tre categorie di modi di propagazione delle onde elettromagnetiche che si differenziano in base alla distribuzione dei campi elettrico e magnetico durante la propagazione.

Le definizioni evidenziano quale dei due campi, elettrico o magnetico, ha componente solo trasversale rispetto alla direzione di propagazione.

 

T.E. (trasversale elettrico) usato nelle guide d'onda

TE10

 

 T.M. (trasversale magnetico) usato nelle guide d'onda 

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T.E.M. (trasversale elettrico e magnetico) usato nei cavi coassiali e nello spazio libero 

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Si chiama modo dominante di una guida quel modo che ha frequenza di taglio più bassa di tutti e che quindi può esser fatto propagare anche in assenza degli altri.

I segnali vengono immessi in guida, ad esempio, per mezzo di antennine disposte nei punti dove il campo elettrico è massimo, come indicato in figura.

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Le frequenze che possono propagarsi nelle guide devono superare un valore, come già detto, noto come frequenza di taglio inferiore,che si ottiene rapportando la lunghezza d'onda di taglio  corrispondente, con il lato maggiore a della guida. Per il modo dominante TE10 e per il modo successivo TE20 , ad esempio, la lunghezza d'onda di taglio corrisponde al doppio del lato maggiore della guida rispettivamente, e al lato maggiore stesso, come indicato in figura.

 

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Le guide circolari hanno il vantaggio di un'attenuazione più bassa per alcuni modi, ma hanno il grave svantaggio che il campo  al loro interno ruota e, immesso in un punto da un'antennina con una precisa direzione, in uscita può non ritrovarsi nella giusta posizione in cui è stata posta l'antennina ricevente, problema questo analogo a quello relativo alla propagazione di altri modi nelle guide rettangolari e che fanno sì che si faccia viaggiare solo il modo dominante.

Se si eccita, per qualunque motivo infatti durante la propagazione del segnale, un modo di ordine superiore, ad esempio il TE20, questo non potrà essere rilevato in ricezione perché l'antennina ricevente, predisposta per il dominante al centro della guida per il dominante, non rivelerà alcun segnale dal TE20 che invece al centro della guida non ha alcun campo elettrico.

Per fare ciò è sufficiente inviare in guida una frequenza superiore a quella di taglio del modo dominante TE10  ma inferiore alla frequenza di taglio di tutti i successivi.

Per le guide rettangolari, che sono le più usate, il dominante è il modo TE10, segue il modo TE20 , i cui diagrammi di attenuazione sono rappresentati nella figura a destra,  dalla quale si può anche capire che è possibile consentire la propagazione del modo dominante e impedire la propagazione dei successivi.

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