UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN
MARCOS
Microondas:
Diseño de Guía de Onda
Rectangular
AUTORES:
Santome García Rodrigo 17190279
Diaz Taipe Miguel Ivan 16190005
Peña Zamudio Arnols 15190093
Tarazona Sulca Alfredo 16190275
Lima – 2023
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Guia de onda rectangular, Apuntes de Técnicas de Expresión Gráfico-Plástica
Diseño de una Waveguide Rectangular.
Tipo: Apuntes
2022/2023
1 / 11
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN
MARCOS
Microondas: Diseño de Guía de Onda Rectangular AUTORES: Santome García Rodrigo 17190279 Diaz Taipe Miguel Ivan 16190005 Peña Zamudio Arnols 15190093 Tarazona Sulca Alfredo 16190275 Lima – 2023
Resumen — El presente documento da a conocer el diseño a detalle de una guía de onda rectangular y cuya frecuencia de operación está determinada a 12 GHz mostrando una frecuencia de corte de 17GHz en el modo fundamental. Se realizaron los cálculos matemáticos para el diseño y se mostró el gráfico de las dimensiones en el Genesys, Advanced Design System. I. INTRODUCCIÓN Las guías de onda rectangulares y circulares son conocidas como conductos sin llenar que solo admiten modos de propagación TE y TM, que son campos eléctricos y magnéticos perpendiculares al eje z (dirección axial), respectivamente. Actualmente, estas guías de onda se emplean ampliamente en aplicaciones de microondas terrestres debido a sus bajas pérdidas. Están diseñadas para transmitir ondas eléctricas y magnéticas en diferentes modos de propagación a través de un espacio cerrado. La capacidad de transmisión depende de las dimensiones internas (d) del espacio eléctrico bajo el cual se diseñan. Este dato es crucial para evaluar una línea de transmisión, ya que, junto con la frecuencia de trabajo, permite calcular la longitud de onda característica (λc), que a su vez determina el tipo de análisis a realizar. Cuando λc es mayor que la longitud de onda en el material circundante (λ), se aplican teorías de circuitos de corriente alterna y líneas de transmisión. Cuando λc es igual a λ, se producen efectos de propagación que pueden analizarse mediante las ecuaciones de Maxwell para describir campos electromagnéticos y modos de propagación superiores. Por último, cuando λc es menor que λ, se produce una mejor propagación y se utiliza la onda electromagnética TEM plana y uniforme. II. OBJETIVOS Objetivo General: -Diseñar una guía de onda rectangular a partir de una frecuencia de operación definida de 12 GHz. Objetivos Específicos -Determinar las dimensiones de la guía de onda rectangular a partir de la frecuencia de operación -Sustentar el proceso realizado mediante cálculos de diseño, operación y simulaciones. simulaciones -Presentar las conclusiones que se derivan del procedimiento llevado a cabo. III. INSTRUMENTOS ● Genesys ● Advanced Design System (ADS)
Tipos de guia de ondas Guia de ondas cuadrangulares: Las guías de onda rectangulares y circulares son las formas más comunes para el guiado de ondas electromagnéticas. Permiten la propagación de ondas EM transversales, y su funcionamiento está determinado por condiciones de conductor, dieléctrico y dimensiones de diseño. Estas guías son versátiles, ya que operan en modos TE, TM y TEM, lo que les brinda flexibilidad en diversas aplicaciones. La propagación se produce en zig-zag, con el campo eléctrico máximo en el centro de la guía, evitando cortocircuitos en las paredes conductivas. Guia de ondas circulares: Las guías de ondas circulares cuentan con las mismas características que la guía rectangular solo que con coordenadas cilíndricas, físicamente es un ducto más flexible que implica menor diámetro por ende menor perímetro en su diseño.
- Impedancia característica de una guía de onda. Donde: f = frecuencia de operación fc = frecuencia de corte
Z0 = impedancia característica Genesys es un software de diseño electrónico de PathWave Design, una plataforma de Keysight Technologies. Genesys es una herramienta de diseño asistido por ordenador (CAD) que se utiliza en el campo de la ingeniería electrónica. Ofrece una amplia gama de características y funcionalidades para el diseño y análisis de circuitos de radiofrecuencia (RF), microondas y sistemas de comunicación. El software Genesys permite a los ingenieros y diseñadores crear, simular y optimizar circuitos electrónicos y sistemas de comunicación. Puede ayudar en el desarrollo de componentes de RF, como filtros, amplificadores, osciladores, entre otros, así como en la creación de sistemas de comunicación más complejos. Genesys se utiliza para analizar el rendimiento de estos componentes y sistemas, optimizar su diseño y evaluar su comportamiento en diversas condiciones.
Donde f = 17GHz f
≤ fc ≤ f
17
≤ fc ≤
8.94 GHz ≤ fc ≤ 13.6 GHz Elegimos nuestro fc como 11.27 GHz Sabemos que λc 20 =^ velocidad de laluz frecuenciade corte
3 x 10 8 11.27 x 10 9 =2.66^ cm = a Para hallar las dimensiones del rectángulo “a” y “b” debemos tomar en cuenta el modo de la guía de onda, en nuestro caso es TE 10 y las formulas de “a” y “b” son: λc = a y 2 b = a Reemplazando a =0.0266 m 2 b =0. b =0.0133 m kc =
√(^
m π
a )
2
n π
b )
2 kc =
√(^
2 π
2
0 π
2
kc =√5.58+ 0
kc =2. ZTEmn = Zo
fcmm
f )
2 ZTE 20 = 120 π
11.27 GHz
17 GHz )
2
ZTE 20 =503.53 Ω
λg = λc √ 1 −( fc f ) 2 λg =
√
( 11.27 GHz 17 GHz ) 2 λg =3. ZTM 20 = 120 π. √
Fc 20 f
2 ZTM 20 =282.24 Ω Hallamos la constante de propagación (o cte de fase): = 266.56 rad/m
Usando el software Genesys, añadimos una guia de onda rectangular con nuestra dimensiones iniciales, además de un puerto de entrada y un puerto de salida ambas con impedancia de 570 Ω Graficamos freq vs dB S(1,1)
Graficamos freq vs dB S(2,1) VII. CONCLUSIONES La conclusión que se puede extraer de la información proporcionada es que la guía de onda TE20 tiene un rendimiento óptimo a partir de 2,53 GHz. A esta frecuencia, la guía de onda tiene una pérdida de transmisión mínima, lo que significa que puede transmitir la señal con una pérdida mínima. El parámetro de reflexión de la guía de onda muestra varias frecuencias de resonancia, donde se entrega más del 90% de potencia transferida. Esto significa que la guía de onda puede funcionar eficazmente en un rango de frecuencias, lo que la hace adecuada para una variedad de aplicaciones. En general, la guía de onda TE20 es una herramienta versátil que puede utilizarse en una variedad de aplicaciones. Su rendimiento óptimo a partir de 2,53 GHz y su capacidad para funcionar en un rango de frecuencias la hacen una opción atractiva para una variedad de aplicaciones. VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Moreno, R. P. (2010). Análisis y diseño de transformadores de campo en guía de onda. Proyecto fin de carrera, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid. http://www.eps.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20101203RogelioPeno.pdf Martínez Ponce, Á. (2022). Diseño e implementación de un sistema de medida para obterner las pérdidas de energía en una guía de onda (Doctoral dissertation, Universitat Politècnica de València). https://riunet.upv.es/handle/10251/ Rovira Giménez, M. (2023). Diseño de guías de onda rectangulares de bajo peso mediante fabricación aditiva (Doctoral dissertation, Universitat Politècnica de València). https://riunet.upv.es/handle/10251/