Guias de onda

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Obejectivo
Este trabalho tem o objetivo de levar o estudante a compreender o que são guias de onda explicando como são as propagações em guias de onda, e os tipos de Guias de onda, fala um pouco também sobre a excitação de guias de ondas. As guias de onda são elementos que substituem as linhas de transmissão em alguns casos quando os efeitos são mais favoráveis à transmissão.
Agradecimento
Primeiramente agradecemos a Deus pela oportunidade , segundo ao nosso estimado professor Fonceca António David pelo trabalho intitulado guias de onda pois através do mesmo resultaram em várias pesquisas que resultaram nos nossos conhecimento actuais sobre o tema intitulado acima e ainda mais sobre a disciplina que é Propagação e radição de Ondas.
IntroduçãoGuias de onda
Estamos imersos num mundo inteiramente ocupado, considerando-se especialmente a atmosfera até a superfície terrestre, por ondas. Elas existem em cada canto do nosso mundo e em diversos tipos. O nosso corpo é dotado de aparelhos sensoriais que transformam as ondas sonoras (ondas mecânicas)ao nosso redor em sensações auditivas. O mesmo acontece com os órgãos da visão. Ondas eletromagnéticas, preenchendo todo o espaço ao nosso redor, são convertidas em impulsos que, ao chegarem ao cérebro são transformados em algo que associamos às cores dos objetos. Os sentidos da visão e da audição estão, assim, relacionados à habilidade do sistema nervoso do homem, e dos animais em geral, de fazer uso de algumas ondas que nos cercam. Esse uso das ondas nos propicia, por exemplo, meios de comunicação e de orientação. Existem, no entanto, muitas outras ondas, além das eletromagnéticas e sonoras. Define-se uma onda como uma perturbação que atravesse um determinado meio. As ondas mecânicas exigem um meio material (um metal, por exemplo) para se propagarem. As ondas eletromagnéticas no entanto, não requerem a existência de um tal meio para se propagarem. Ou seja, elas se propagam no vácuo. Existem vários tipos de ondas eletromagnéticas: Ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e radiação Gama.A Micro-ondas é um subconjunto das ondas de radio. Têm frequências compreendidas no intervalo entre 300 MHZ e 300 GHZ. As micro-ondas tem três características importantes que definem a sua utilidade na fabricação de fornos de micro-ondas: elas são absorvidas pelos alimentos em geral, elas são refletidas por metais e conseguem atravessar uma gama bem grande de materiais que usamos como embalagens de alimentos (vidro, papel, plástico, etc) .As micro-ondas têm utilizações industriais. São utilizadas em radares da policia rodoviária e em comunicações onde para sua propagação é necessário as guias de ondas.
DesenvolvimentoGuias de onda
Guia de onda (GO) é um objeto que direciona o fluxo de qualquer tipo de onda. Alguns dos tipos mais básicos incluem fios ou tubos ocos que podem guiar as ondas sonoras. Frequentemente, guias de onda são usados para transferir ondas eletromagnéticas entre locais, geralmente usando um tubo oco feito de metal eletricamente condutor. Os guias de onda são comumente usados para transferir energia ou sinais de comunicação. Cada tipo de onda requer um tipo diferente de guia.
O tipo de onda que está sendo guiada determina a geometria do guia de ondas. A largura da guia deve, na maioria dos casos, estar na mesma ordem de magnitude que o comprimento das ondas que ela guiará. Isso significa que uma fibra ótica que guia as ondas de luz de alta frequência não será eficaz para orientar as ondas sonoras de baixa frequência. Outros fatores, como quanta perda de sinal ou energia é aceitável, também ajudam a determinar o melhor guia de ondas para uma tarefa específica.
As ondas eletromagnéticas no espaço normalmente irradiam em todas as direções a partir do ponto de origem. Isso faz com que a radiação perca energia proporcionalmente ao quadrado de sua distância daquele ponto de origem. Um guia de ondas permite que a radiação se propague em apenas uma dimensão em circunstâncias ideais, impedindo que ela perca energia à medida que se propaga.
Modos transversais de propagação Guias de onda
Os guias de ondas trabalham refletindo a onda nas paredes do guia. Idealmente, as ondas se propagam em um padrão em zigue-zague no guia de ondas. Isso significa que um guia de ondas geralmente funciona melhor quando possui uma seção transversal circular ou quadrada.
Existem muitos tipos diferentes de guias de ondas, desde fibras óticas que permitem a transmissão de dados por ondas de luz até o canal SOFAR (Sound Frequency and Ranging), uma camada de água no oceano que atua como um guia de ondas natural para canções de baleias. Os sistemas de radar usam guias de ondas para direcionar ondas de rádio para uma antena, para que possam ser transmitidas na impedância adequada. Os instrumentos científicos também usam guias de ondas para medir as propriedades acústicas e óticas de vários objetos.
Uma onda eletromagnética no ar se propaga no modo TEM (Transversal Eletromagnético), neste modo, os campos elétricos e magnéticos são perpendiculares à direção de propagação da onda. Dentro de um guia de onda, pode se propagar no modo transversal magnético (TM), modo transversal elétrico (TE) ou modo híbrido (HE). No TM, apenas o campo magnético é perpendicular à direção de propagação. Enquanto no TE, apenas o campo elétrico é perpendicular ao vetor de direção de propagação.
No modo HE, nem o campo elétrico e o magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda. Todo vetor tem três componentes, cada um nos eixos x, y e z, geralmente considera-se a direção de propagação da onda no eixo z.
· Em TE, a componente z do campo elétrico (Ez​) é igual a zero;Guias de onda
· No modo TM, a componente z do campo magnético (Hz​) é igual a zero;
· No modo TEM, Ez​=Hz​=0;
· Em HE, Ez​=Hz​≠0.
Tipos de guias 
O guia pode ser do tipo metálico ou dielétrico.  Se o guia for constituído de mais de um meio material, estes são considerados lineares, homogêneos e isotrópicos e sem perdas. Nesse caso, soluções gerais têm de ser obtidas em cada região e as condições em cada interface têm de ser utilizadas para determinação final dos campos.
Seguindo o procedimento, os campos de um guia de ondas são expressos nas formas
 
                               ,                     fig(1)
                             ,                    fig(2)
Guias de onda são estruturas guiantes, longitudinais, utilizadas para o transporte de informação e energia. Em aplicações que exigem transporte de alta potência, são utilizadas estruturas metálicas como o guia de onda retangular e o guia de onda circular, mostrados na Fig(a). Em aplicações de mais baixa potência ou que exijam estruturas mais compactas como em processadores ou em aplicações de satélite, são utilizadas linhas de fita ou microfitas, como mostrado na Fig.(b). Na região espectral de frequências óticas, são utlizados guias de onda ou fibras óticas, totalmente dielétricos, feitos de vidro, como ilustrado na Fig.(c).
Guias de onda
 
Guia de ondas retangular fig(a) Guia de ondas circular 
 
Linha de fita fig(b) microfita 
 Guia de onda dielétrico fig(c ) fibra ótica 
Estruturas que tenham um único condutor, como na Fig(a) ou totalmente dielétricas como na Fig.(c) não suportam modos TEM. Além disso, se a estrutura, mesmo tendo mais de um condutor, for composta de mais de um dielétrico, não pode suportar o modo TEM. Esse é o caso, na Fig(b), da microfita que tem dois dielétricos (um deles é o meio externo, que pode ser o ar) e da linha de fita se esta for fabricada com dois dielétricos acima e abaixo do condutor central.
 
Guias de onda
GUIA DE ONDA RETANGULAR
 Será considerado que o guia é sem perdas, ou seja,tem paredes perfeitamente condutoras 
(σc = ∞;) e é preenchido com um dielétrico perfeito (σd = 0). Sua seção transversal é 
retangular de dimensões a × b. 
 A análise consiste em resolver as equações de Maxwell sujeitas às condições de contorno 
do problema, a saber, campo elétrico tangencial nulo nas paredes do guia, ou seja: Ex = 0 em y = 0 e y = b 
 Ey = 0 em x = 0 e x = a 
 Ez = 0 em x = 0 , e x = a , y = 0 e y = b. 
Como os campos variam senoidalmente no tempo, a análise será feita no domínio da frequência (os campos serão representados por fasores). 
Vetores de campo: 
Lei de Ampére: ∇×σ + jεω
 Como σ = 0 ⇒ ∇ × = jεω (1) 
Lei de Faraday: ∇ × E = − jωμ
Excitação de guias de ondaGuias de onda
 Um guia de onda é geralmente excitado ou alimentado por um cabo coaxial ou outro guia de onda. Entre os métodos mais comuns de acoplamento tem-se: 
a) acoplamento por sonda elétrica (ponta de prova): deve ser posicionada paralelamente ao campo elétrico onde este é máximo (para o modo de interesse). A figura abaixo mostra a excitação do modo TE10 de um guia retangular a partir de um cabo coaxial.
O comprimento da sonda (d) deve ser escolhido de forma a obter casamento de impedância entre o cabo coaxial e o guia de onda. Além disso, a sonda deve estar a uma distância de λ/4 da terminação curto-circuitada do guia de modo que as ondas que se refletem na terminação estejam em fase com as ondas que são radiadas diretamente pela sonda dentro do guia. A figura abaixo mostra como fazer o acoplamento de maneira a excitar o modo TE20. Neste caso as correntes nas sondas devem estar defasadas de 180°.
b) acoplamento por anel de corrente (loop): deve ser posicionado perpendicularmente ao campo magnético onde este é máximo. O objetivo é maximizar o fluxo magnético através do anel. 
A figura abaixo mostra um exemplo de como acoplar um cabo coaxial com um guia retangular usando um anel de corrente de maneira a excitar o modo TE10. 
c) acoplamento através de aberturas: Este tipo de acoplamento é usado principalmente para acoplar dois guias de onda ou um guia com uma cavidade ressonante.
Conclusão Guias de onda
Conforme o próprio nome já diz guias de onda, são todos os cabos, condutores ou estruturas uniformes utilizadas como guias para a condução ou transmissão de ondas eletromagnéticas de alta frequência de um ponto a outro ( transmissor para a antena,por exemplo ). Dentre todos os guias de onda utilizados hoje em dia os que mais se destacam por sua utilização e desempenho são o cabo paralelo, o cabo coaxial, guias de ondas ocos. 
 O cabo paralelo é aquele utilizado em aplicações domésticas para levar o sinal da antena até o aparelho de televisão. 
 Já o cabo coaxial apresenta uma blindagem para proteção contra interferências extemas e sua utilização se dá mais em caráter especifico (cabos de videocassete). 
 Os guias de onda ocos possuem aplicação onde os valores de potência e a frequência envolvidos são elevados (estações de transmissão terrestres). Podem ser retangulares, cilíndn`cos, de crista, etc... Suas paredes externas são construídas com materiais condutores (normalmente o cobre) e eventualmente podem ter algum material magnético em parte do seu interior. 
 
BiografiaGuias de onda
FREIRE, GABRIEL F. O. E DINIZ, AROLDO B. – Ondas Eletromagnéticas, 
Livros Técnicos e Científicos S.A., Rio de Janeiro, 1973. 
VAN DUZER, RAMO WHINNERY – Campos e Ondas, Editora Guanabara Dois 
S.A., Rio de Janeiro, RJ, 1981. 
COLLIN ROBERT E- Engenharia de Microondas, Editora Guanabara Dois 
S.A., Rio de Janeiro, RJ, 1979.
 Índice
Objectivo__________________________________________________01
Agradecimento_____________________________________________02
Introdução_________________________________________________03
Desenvolvimento____________________________________________04
· Guias de Onda
· Modos transversáis de propagação_______________________05
· Tipos de Guias________________________________________06
· Guias de ondas rectangulares____________________________08
· Excitação de guias de onda______________________________09
Conclusão_________________________________________________10
Biografia__________________________________________________11
 
1
 
Obej
ectivo
 
Este trabalho 
tem 
o 
objetivo 
de levar o 
estudante 
a 
compreender
 
o
 
que são 
guias de onda
 
explicando como são as propagações em guias de onda, e os 
tipos
 
d
e
 
Guias de onda,
 
fala um pouco também sobre a excitação de guias de 
ondas.
 
As guias de onda são 
elementos que substituem as linhas de 
transmissão em alguns casos quando os efeitos são mais favoráveis à 
transmissão.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Obejectivo 
Este trabalho tem o objetivo de levar o estudante a compreender o que são 
guias de onda explicando como são as propagações em guias de onda, e os 
tipos de Guias de onda, fala um pouco também sobre a excitação de guias de 
ondas. As guias de onda são elementos que substituem as linhas de 
transmissão em alguns casos quando os efeitos são mais favoráveis à 
transmissão.