ONDA ESTACIONARIA

ONDA ESTACIONARIA

 

Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.

Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia, amplitud pero con diferente sentido, a lo largo de una línea con una diferencia de fase de media longitud de onda.

Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio que puede ser: cuerda, tubo con aire, membrana, etc.

La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Tiene puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.

Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagación sino los distintos modos de vibración de la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana,... determinados, solo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia.

La más baja se denomina frecuencia fundamental, y las demás son múltiplos enteros de ella (doble, triple).

Ejemplo de onda estacionaria:

 

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA GUÍA DE ONDA

Ventajas y Desventajas de una Guía de Onda

Las guías de onda presentan las siguientes ventajas y desventajas con respecto a las líneas de “Tx” y una línea coaxial.

Ventajas

 

 

a) Blindaje total, eliminando pérdidas por radiación

b) No hay pérdidas en el dieléctrico, pues no hay aisladores dentro

c) Las pérdidas por conductor son menores, pues solo se emplea un conductor

d) Mayor capacidad en el manejo de potencia

e) Construcción más simple que un coaxial

 

Desventajas.

 

a) La instalación y la operación de un sistema de Gd O son más complejas.

b) Considerando la dilatación y contracción con la temperatura, se debe sujetar mediante soportes especiales

c) Se debe mantener sujeta a presurización para mantener las condiciones de uniformidad del medio interior.

APLICACIONES

Aplicaciones

Las guías de onda son muy adecuadas para transmitir señales debido a sus bajas pérdidas. Por ello, se usan en microondas, a pesar de su ancho de banda limitado y volumen, mayor que el de líneas impresas o coaxiales para la misma frecuencia.

También se realizan distintos dispositivos en guías de onda, como acopladores direccionales, filtros, circuladores y otros.

Actualmente, son especialmente importantes, y lo serán más en el futuro, las guías de onda dieléctricas trabajando a frecuencias de la luz visible e infrarroja, habitualmente llamadas fibra óptica, útiles para transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microondas en las redes telefónicas y, en general, las redes de datos.

¿Y las ondas electromagnéticas? ¿De donde salen? ¿Magia? No, las ondas electromagnéticas del microondas las genera un dispositivo llamado magnetrón que transforma la energía eléctrica de la red en en ondas electromagnéticas a una frecuencia de 2,45 GHz.

EJEMPLOS DE GUIAS DE ONDA

EJEMPLOS DE GUIAS DE ONDA

GUIAS DE ONDA ELIPTICA

GUIAS DE ONDA

GUIA DE ONDA FLEXIBLE

TIPOS DE GUÍAS DE ONDAS

TIPOS DE GUIAS DE ONDAS

Existen muchos tipos de guías de onda, presentándoles aquí las más importantes:

• Guía de onda rectangular (circular, elíptica): Son aquellas cuya sección transversal es rectangular (circular, elíptica).

 

• Guía de onda de haz: Guía de Onda constituida por una sucesión de lentes o espejos, capaz de guiar una onda electromagnética.

 

• Guía de onda tabicada: Formada por dos cilindros metálicos coaxiales unidos en toda su longitud por un tabique radial metálico.

 

• Guía de onda acanalada, guiada en V; guiada en H: Guía de onda rectangular que incluye resaltes conductores interiores a lo largo de una de cada una de las paredes de mayor dimensión.

 

• Guía de onda carga periódicamente: Guía de onda en las que la propagación viene determinada por las variaciones regularmente espaciadas de las propiedades del medio, de las dimensiones del medio o de las superficie de contorno.

 

• Guía de onda dieléctrica: Formada íntegramente por uno o varios materiales dieléctricos, sin ninguna pared conductora.

GUÍAS DE ONDAS

Guías de ondas

La guía de onda es un medio de comunicación muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construcción es de material metálico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio es en las centrales telefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas.

¿Qué son Guías de Onda?

Una guía de onda, es un tubo conductor hueco, que generalmente es de sección transversal rectangular, o bien circular o elíptica. Las dimensiones de  la sección transversal se seleccionan de tal forma que las ondas electromagnéticas se propaguen dentro del interior de la guía; cabe recordar que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Las paredes de la guía de onda son conductores y por lo tanto reflejan energía electromagnética de la superficie. En una guía de onda, la conducción de energía no ocurre en las paredes de la guía de onda sino a través del dieléctrico dentro de la guía de onda. La energía electromagnética se propaga a lo largo de la guía de onda reflejándose hacia un lado y otro en forma de “zig-zag”.

En electromagnetismo y en telecomunicación, una guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas. Algunos sistemas de telecomunicaciones utilizan la propagación de ondas en el espacio libre, sin embargo también se puede transmitir información mediante el confinamiento de las ondas en cables o guías. En altas frecuencias las líneas de transmisión y los cables coaxiales presentan atenuaciones muy elevadas por lo que impiden que la transmisión de la información sea la adecuada, son imprácticos para aplicaciones en HF(alta frecuencia) o de bajo consumo de potencia, especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de onda son del orden de centímetros, esto es, microondas.

La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía, es por ello que se utilizan en las frecuencias denominadas de microondas con el mismo propósito que las líneas de transmisión en frecuencias más bajas, ya que se presentan poca atenuación para el manejo de señales de alta frecuencia.

Este nombre, se utiliza para designar los tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética ha de ser conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras. Las paredes conductoras del tubo confinan la onda al interior por reflexión, debido a la ley de Snell en la superficie, donde el tubo puede estar vacío o relleno con un dieléctrico. El dieléctrico le da soporte mecánico al tubo (las paredes pueden ser delgadas), pero reduce la velocidad de propagación.

En las guías, los campos eléctricos y los campos magnéticos están confinados en el espacio que se encuentra en su interior, de este modo no hay pérdidas de potencia por radiación y las pérdidas en el dieléctrico son muy bajas debido a que suele ser aire. Este sistema evita que existan interferencias en el campo por otros objetos, al contrario de lo que ocurría en los sistemas de transmisión abiertos.

 

Ej: Guías de Onda Rectangulares

 

 

 

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Ondas electromagnéticas

Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético. Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el vacío.

Imaginemos que movemos de forma oscilatoria (de arriba a bajo) una partícula cargada eléctricamente (o magnéticamente), se crea una perturbación a su alrededor, que es lo que llamamos una onda.  Si la partícula tiene un componente eléctrico, pero también uno magnético ya tenemos generada una radiación electromagnética, con su onda electromagnética.

Una onda electromagnética no se genera por una sola partícula, sino que son dos partículas diferentes, una eléctrica y otra magnética. Además su movimiento es perpendicular, lo que hace la onda sea una mezcla de dos ondas perpendiculares, una eléctrica y otra magnética.

Aquí vemos en la figura las dos ondas generadas por las dos partículas a la vez. Una moviéndose sobre el eje Z y la otra sobre el eje Y.

 

 

Las ondas electromagnéticas se usan en la radio, la televisión, internet, etc.,y se diferencia por su frecuencia.

Frecuencia: número de veces que se repite la onda durante un segundo de tiempo.

                  Frecuencia grande = Longitud de onda pequeña

              Frecuencia pequeña = longitud de onda grande.

Se ha creado una escala para clasificarlas, por orden creciente de longitudes de onda

( o decreciente por su frecuencia) llamada Espectro Electromagnético.

Espectro electromagnético: es un conjunto de ondas electromagnéticas que abarcan un amplio rango de frecuencias desde la luz visible, infrarroja, ultravioleta, rayos X, rayos gama, Radiofrecuencia y Microondas.