Electromagnética Transversal (TEM) Condiciones Y Comportamiento.

La electromagnética transversal (TEM) es un modo de propagación en el que las líneas de campo eléctrico y magnético están todas restringidas a las direcciones normales (transversales) a la dirección de propagación. Las ondas planas son TEM, sin embargo, estamos más interesados en qué tipos de líneas de transmisión pueden soportar TEM.

Propagación del modo electromagnético transversal (TEM)

 

Electromagnética Transversal (TEM)

Lee: ¿Que Son Materiales Dieléctricos?

Hay mucha información en la red mundial sobre TEM versus no TEM, algunas buenas, otras malas. Nuestro objetivo es apelar al mínimo común denominador. Pero invitamos a todo el mundo a comentar este tema, ¡especialmente si piensan que estamos equivocados! Los libros de texto universitarios empiezan explicando cómo se pueden usar las ecuaciones de Maxwell para derivar condiciones de propagación de TEM. Si alguien quiere explicar esto en sus propias palabras, ¡sea nuestro invitado!

Los beneficios de la TEM es que el medio no es dispersivo, es decir, la velocidad de fase y la impedancia característica son constantes en una banda ancha (al menos hasta que otros modos “espurios” comienzan a propagarse). ¿Puede alguien enviarnos algunas imágenes de modos espurios en su medio de transmisión favorito? El modo TEM es el preferido en el coaxial. En condiciones adecuadas, todas las líneas de campo E corren en forma radial, mientras que las líneas de campo magnético corren en círculos alrededor del conductor central.

Lo ideal es que las líneas de campo magnético ofrezcan el modo TEM. La guía de ondas de placa paralela también soporta TEM.

Una de las condiciones para el modo TEM es que todas las líneas de campo existan en un medio homogéneo. Esto suele ser cierto para el coaxial y la línea TEM, pero no siempre. El coaxial puede tener múltiples dieléctricos. La línea TEM con placas a menudo utiliza dos materiales dieléctricos diferentes; en estos casos, no se logra una verdadera TEM. En realidad, en ningún caso físico se logra la TEM pura, pero no te deprimas por esto, ¡podemos acercarnos!

Criterios para la propagación de la TEM en las líneas de transmisión

A continuación se presentan cinco condiciones para la propagación del TEM en una línea de transmisión. La mayoría de los libros de texto corrigen las cuatro primeras, pero no mencionan (5)…

  1. Los campos están contenidos en material dieléctrico isotrópico uniforme (excluye la microtirada). Para el TEM, nunca se necesita un cálculo de Keffective!
  2. Se requieren dos o más conductores (excluye la guía de onda rectangular, pero incluye la guía de onda de placa paralela)
  3. Los conductores deben tener una conductividad infinita. La caída de IR a través del conductor dobla el campo E ligeramente hacia adelante.
  4. El dieléctrico debe ser sin pérdidas.
  5. La sección transversal de la línea de transmisión debe permanecer constante (excluye ciertos tipos de estructuras de onda lenta)

Las condiciones (3) y (4) hacen imposible crear una TEM pura a menos que se tenga acceso a superconductores y a un laboratorio de gravedad cero para no tener que apoyar a los conductores. Pero estas reglas son muy complicadas y pueden ser ignoradas en la vida real.

Comportamiento de la línea TEM

Stripline proporciona el modo near-TEM siempre y cuando obedezcas las dos primeras reglas anteriores. Olvidémonos de la tercera y cuarta regla, ¿de acuerdo? En la siguiente figura, se muestran las direcciones transversales.

Uno de estos días nos pondremos artísticos y trataremos de dibujar las líneas de campo, los campos magnéticos rodean la tira conductora, y los campos eléctricos se extienden dentro y fuera de ella en ángulos de 90 grados, y terminan en las tiras de tierra.

Comportamiento de la línea TEM

Microstrip – comportamiento no TEM

A continuación, intentaremos ilustrar el comportamiento no TEM de la microtirada El brazo izquierdo de Buzz Lightyear representa una línea de campo eléctrico directamente encima del conductor de la microtirada; sus alas representan una de las líneas de campo magnético.

A medida que la onda se propaga por la línea (a partir de la TEM pura como fue lanzada por un conector coaxial ideal no mostrado), la constante dieléctrica en el sustrato ralentiza la onda, en comparación con las líneas de campo en el aire. Así, las líneas de campo tienden a doblarse hacia adelante (en la dirección longitudinal prohibida de la TEM.

Microstrip - comportamiento no TEM

La microtirada se conoce como cuasi-TEM. Esto se debe a que los campos estáticos (DC, o de frecuencia cero) son electromagnéticos transversales.

Así que, ¿cuándo puede la microtirada proporcionar una transmisión TEM? Aquí hay tres casos: Si el “sustrato” es el aire, entonces los campos se propagarán uniformemente. Pero tendrás que averiguar cómo suspender el conductor de la tira de alguna manera, lo que va a tomar un material que perturbará ligeramente la “TEM-nidad”.

Te puede interesar: ¿Qué Es Un Medidor Inteligente? Cómo funcionan, Aplicaciones.

En un segundo caso, si superpones la microtirada con una capa “casi infinita” del mismo material, obtendrás una propagación TEM. En la práctica, no suele ser posible obtener nada infinito. Tal vez una capa de 20 veces el ancho de la tira y 20 veces la altura del sustrato haría el trabajo. Pero existe el potencial de que el dieléctrico superior pueda propagar un modo no deseado también…

Y por último, a una frecuencia infinita, toda la onda está contenida en el sustrato. Lástima que la frecuencia infinita esté muy lejos del espectro de microondas, y los medios de comunicación apoyarán quién sabe qué modos diferentes cuando el espesor es de longitudes de onda infinitas.

Quizás alguien podría analizar algunas formas de onda no TEM usando un solucionador EM y proporcionarnos algunas imágenes…

TAMBIÉN PODRIA INTERESARTE

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Ir arriba