Uhin gida

Eremu elektrikoa TE31 moduko Ex-osagaia metalezko x bandako uhin-gida huts baten barruan.

Elektromagnetismoaren eta telekomunikazioaren esparruan, uhinen gida bat uhin elektromagnetikoak edo soinua gidatzen dituen edozein egitura fisiko da, energiaren igorpena norabide batean murriztean gutxieneko energia-galera duena. Uhin-gida baten murrizketa fisikorik gabe, uhin-intentsitateak murriztu egiten dira alderantzizko karratuaren legearen arabera, hiru dimentsioko espazio batean hedatzen diren heinean.

Uhin-gida mota desberdinak daude uhin-mota desberdinetarako. Jatorrizko esanahia eta ohikoena hodi metaliko eroale huts bat da, goi-maiztasuneko irrati-uhinak garraiatzeko erabiltzen dena, bereziki mikrouhinak. Uhin dielektrikoen gidak irrati-frekuentzia altuagoetan erabiltzen dira, eta uhin dielektriko gardenen gidek eta zuntz optikoek argi-uhinen gidari gisa balio dute. Akustikan, aire-hodiak eta bozinak soinu-uhinen gida gisa erabiltzen dira musika-instrumentuetan eta bozgorailuetan, eta metalezko hagaxkek, bereziki, uhin ultrasonikoak gidatzen dituzte mekanizazio ultrasonikoan.

Uhin-gida baten geometriak bere funtzioa islatzen du; uhina dimentsio batean bideratzen duten mota ohikoenez gain, bi dimentsioko xaflako uhinen gidak daude, uhinak bi dimentsiotara mugatzen dituztenak. Transmititutako uhinaren maiztasunak uhinen gida baten tamaina ere agintzen du.^[1]

Funtzionamenduaren printzipioa

Seinaleak igortzeko uhin-luzeren erabilerak ezagutzen ziren, baita terminoa sortu aurretik ere. Aspalditik ezagutzen da soinu-uhinen fenomenoa alanbre taupadatsuan zehar gidatua, baita hodi huts baten bidezko soinua ere, hala nola koba edo estetoskopio medikoa. Uhin-luzeren beste erabilera batzuk sistema baten osagaien arteko potentzia transmititzeko dira, hala nola irratia, radarra edo gailu optikoak. Uhin gidatuak (GWT) probatzeko funtsezko printzipioa uhinak dira, ebaluazio ez-suntsitzailearen metodo ugarietako bat.^[2]

Adibide zehatzak:

• Zuntz optikoek argia eta seinaleak igortzen dituzte distantzia luzeetarako, indargabetze baxuarekin eta uhin-luzeren irismen zabalarekin.
• Mikrouhin-labe batean uhin-labe batek magnetroitik, non uhinak sortzen diren, sukalde-ganberara eramaten du energia.
• Radar batean, uhin-jario batek irrati-maiztasuneko energia antenara eta antenara eramaten du, non inpedantzia bat etorri behar den energia transmisio eraginkorrerako
• Uhin angeluzuzenak eta zirkularrak erabiltzen dira plater parabolikoen elikadurak beren elektronikarekin konektatzeko, dela zarata gutxiko hargailuak, dela potentzia-anplifikadorea/transmisoreak.
• Tresna zientifikoetan uhinak erabiltzen dira materialen eta objektuen propietate optikoak, akustikoak eta elastikoak neurtzeko. Uhin-jarioa kontaktuan jar daiteke alearekin (ultrasonografia mediko batean bezala), kasu horretan uhin-jarioak bermatzen du proba-uhinaren potentzia kontserbatzen dela, edo alea uhin-jarioaren barruan jar daiteke, objektu txikiagoak probatu eta zehaztasuna hobea izan dadin.

• Transmisio lineak uhin mota zehatz bat dira, oso erabilia.

Historia

Uhinak gidatzeko lehen egitura J. J. Thomsonek proposatu zuen 1893an, eta Oliver Lodgek probatu zuen lehen aldiz esperimentalki 1894an. Uhin elektromagnetikoen lehen analisi matematikoa zilindro metaliko batean Lord Rayleighek egin zuen 1897an. Soinu-uhinei dagokienez, Lord Rayleighek ugaltzeko moduen analisi matematiko oso bat argitaratu zuen bere lan seminalean, Soinuaren teoria. Jagadish Chandra Bresek uhin-luzerak ikertu zituen uhin-luzerak erabiliz, eta 1897an Londresko Errege Erakundeari deskribatu zizkion bere ikerketak Kolkatan.

Uhin dielektrikoen ikerketa (zuntz optikoak, ikus beherago) hogeiko hamarkadan hasi zen, Rayleigh, Sommerfeld eta Debye ospetsuen eskutik. Zuntz optikoa arreta berezia jasotzen hasi zen 60ko hamarkadan, komunikazioaren industriarako zuen garrantziagatik.

Irrati-komunikazioaren garapena, hasieran, behe-frekuentzietan gertatu zen, hauek errazago zabal zitezkeelako distantzia handietan. Uhin-luzera luzeek frekuentzia hauek metal hutsezko uhin-luzeretan erabiltzeko egokiak ez izatea eragin zuten, diametro imia handiko hodiak behar zituztelako. Ondorioz, sakonera txikiko uhin metalikoen ikerketa gelditu egin zen, eta Lord Rayleighen lana ahaztu egin zen aldi batez, eta beste batzuek berraurkitu behar izan zuten. Ikerketa praktikoak 1930eko hamarkadan hasi zituzten George C. Southworthek Bell Labsen eta Wilmer L. Barrowek MITen. Southworthek, hasieran, hagaxka dielektrikoetako uhinei buruzko paperen teoria hartu zuen, Lord Rayleighen lana ezezaguna zitzaiolako. Horrek nahastu egin zuen pixka bat; bere esperimentu batzuek porrot egin zuten, ez zekielako Lord Rayleighen lanean jada aurkitu zen uhin bidezko ebaketa frekuentziaren fenomenoa. John R. Carsonek eta Sallie P. Meadek lan teoriko serioa egin zuten. Lan honen ondorioz, TE01 formatuarentzat, uhin zirkularreko galerak maiztasunez jaisten dira, eta garai batean, distantzia luzeko telekomunikazioen formatuaren hornitzaile serioa zen.

Akademia alemaniarrei beren ikerketak jendaurrean argitaratzen jarraitzeko baimena ere eman zitzaien, garrantzitsua iruditzen ez zitzaielako.

II. Mundu Gerra amaitu eta berehala, mikrouhin labearen alorreko teknologia aukeratu zen. Hala ere, arazo batzuk ditu; tamaina handikoa da, ekoizteko garestia, eta frekuentzia-efektu ebakitzaileak zaildu egiten du banda zabaleko gailuak sortzea. Uhin-luzerak banda zabalera handiagoa izan dezake zortziren bat baino, baina irtenbide hobea da TEM moduan (hau da, uhin-luzerarik gabe) lan egiten duen teknologia bat erabiltzea, hala nola eroale ardatzak, TEMek ez baitu frekuentzia ebakitzailerik. Eroale angeluzuzen blindatu bat ere erabil daiteke eta honek fabrikazio abantaila batzuk ditu koaxarekiko eta planoen teknologien aitzindari gisa ikus daiteke (striplina eta mikromarra). Hala ere, teknologia planetarioak aireratzen hasi ziren zirkuitu inprimatuak sartu zirenean. Metodo hauek uhin-luzera baino askoz merkeagoak dira, eta neurri handi batean bere lekua hartu dute banda gehienetan. Hala ere, uhin-jarioa oraindik mesedegarria da mikrouhin banda altuenetan, Ku bandaren inguruan, gorantz.

Sarrera

Telekomunikazio-sistema batzuek uhin elektromagnetikoen hedapena erabiltzen dute espazio librean; hala ere, uhin horiek kable edo gidetan mugatuz, informazioa ere transmititu daiteke. SHFn, mikrouhinak aurkitzen diren maiztasun-bandak, transmisio-lineek eta kable ardazkideek atenuazio oso handiak izaten dituzte; horregatik, galera handiak izaten dituzte haietan zehar ibiltzen den maiztasun handiko tentsio eta korronteak, eragotziz mikrouhina bere helmugara potentzia maila egokiarekin iristea daraman informazioa akatsik gabe atera ahal izateko.

Transmisio-lineatik (adibidez, koaxialean) igarotzen dena maiztasun handiko edo oso handiko tentsio eta korrontea den bitartean, uhin-gidarien bidez bidaiatzen duena eremu elektromagnetiko bat da, zeinaren uhin-luzera mikrouhinen ordenan dagoen.

Uhin-gidaren bidezko seinaleen transmisioak energia xahutzea murrizten du; horregatik, mikrouhin izeneko maiztasunetan erabiltzen dira maiztasun baxuko transmisio-lineen helburu berberarekin, maiztasun handiko seinaleak maneiatzeko atenuazio txikia baitago.

Izen hori sekzio angeluzuzeneko, zirkularreko edo eliptikoko materialez egindako hodiak izendatzeko erabiltzen da, zeinetan energia elektromagnetikoa nagusiki gidan zehar gidatu eta bere ertzetan mugatu behar den. Hodiaren pareta eroaleek uhina barnealdera mugatzen dute islapen bidez, gainazalean Snell-en legea dela eta, non hodia hutsik egon edo dielektriko batez beteta egon daitekeen. Dielektrikoak euskarri mekanikoa ematen dio hodiari (hormak meheak izan daitezke), baina hedapen-abiadura murrizten du.

Gidetan, eremu elektrikoak eta eremu magnetikoak barnean dagoen espazioan itxita daude; era horretan, ez dago erradiazioen ondoriozko potentzia-galerarik, eta, dielektrikoan, galerak oso txikiak dira, normalean airea izaten delako. Sistema horrek, eremuan, beste objektu batzuek interferentziak sortzea saihesten du, transmisio sistema irekietan gertatzen zenaren kontra.

Propietateak

Ugaltzeko moduak eta ebakitzeko maiztasunak

Uhin bidezko hedapen modu bat uhin ekuazioen soluzio bat da, edo, beste era batera esanda, uhin formarena. [7] Mugako baldintzak direla eta, uhin funtziorako maiztasun eta forma mugatuak baino ez daude, uhin ekuazioan ugaldu daitezkeenak. Modu jakin bat ugaltzeko maiztasunik baxuena modu horren maiztasun ebakitzailea da. Uhin-maiztasun baxuena duen modua uhin-maiztasunaren oinarrizko modua da, eta bere maiztasun ebakitzailea uhin-maiztasun ebakitzailea da.

Islapen-koefizientea honela kalkula daiteke:${\displaystyle \mathrm {T} ={\frac {\mathrm {Z} _{2}-\mathrm {Z} _{1}}{\mathrm {Z} _{2}+\mathrm {Z} _{1}}}}$

Gogoeta-koefizientea: VSWR=${\displaystyle {\frac {|V|max}{|V|min}}={\frac {1+|\mathrm {T} |}{1-|\mathrm {T} |}}}$

Erreferentziak

1. (Ingelesez) Waveguide. 2022-07-19 (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).
2. (Ingelesez) Waveguide (radio frequency). 2022-10-17 (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).

Kanpo estekak