Le 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. 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, 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  GHz, un'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. Da un punto di vista elettronico, le guide d'onda si presentano come dei filtri passa alto, con una frequenze di taglio f_T 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.

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

Nelle guide rettangolari, le cui dimensioni sono ormai normalizzate, il lato maggiore A è lungo il doppio del lato minore B. La sovrapposizione fra l'onda incidente e l'onda riflessa dalle pareti della guida, da luogo a zone di interferenza costruttiva e zone di interferenza distruttiva alternate, che determinano distribuzioni dei due campi elettrici e magnetici all'interno della guida dalle forme caratteristiche. A seconda dell'angolo di incidenza dell'onda elettromagnetica all'interno della guida d'onda, si possono avere dunque vari possibili modi di propagazione sia di tipo TE che TM che vengono distinti tramite due indici in basso a destra. 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 antenne disposte nei punti dove il campo elettrico è massimo, come indicato nella prossima figura.

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 TE_{20 ,} 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.

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. In uscita può non ritrovarsi nella giusta posizione in cui era stata posta dall'antenna 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. 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 sotto,  dalla quale si può anche capire che è possibile consentire la propagazione del modo dominante e impedire la propagazione dei successivi.

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.

Esempio di Guide D’onda rettangolari in Banda KU.