Guida d'onda: differenze tra le versioni

In [[fisica]], [[ottica]], e [[telecomunicazioni]], una '''guida d'onda''' è una struttura lineare che convoglia e confina [[onda elettromagnetica|onde elettromagnetiche]] all'interno di un percorso compreso fra le due estremità consentendone cioè una ''propagazione guidata''.

Nel campo delle [[microonde]], una guida d'onda è in genere un tubo metallico cavo di sezione rettangolare, circolare o ellittica. È possibile che la guida sia riempita con un [[mezzo dielettrico]], in genere plastico. Si può intuitivamente pensare che il campo elettromagnetico sia confinato attraverso la "riflessione" sulle pareti della guida d'onda.

Nel campo delle [[spettro visibile|frequenze ottiche]], una guida d'onda è spesso realizzata con una guida dielettrica. Questa è costituita da un innalzamento locale dell'[[indice di rifrazione]] in un materiale trasparente alla lunghezza d'onda che si vuole trasportare. Questo fenomeno permette di confinare la luce attraverso la riflessione totale interna. Nel caso delle [[fibra ottica|fibre ottiche]], l'innalzamento dell'indice è realizzato [[drogaggio|drogando]] opportunamente il centro o ''core'' della fibra durante lail processo stesso di fabbricazione. In questo modo, è possibile ottenere fibre aventi caratteristiche abbastanza varie relativamente agli usi necessari. Per le esigenze di [[illuminazione]] e trasporto dell'[[informazione]] su corta e cortissima distanza sono utilizzate delle fibre in plastica, per le telecomunicazioni a lunga distanza si utilizzano delle fibre in [[silice]]. Ad una lunghezza d'onda di 1550nm1550[[nanometro|nm]], la [[attenuazione]] tipica di una fibra monomodale in silice si aggira intorno a 0,2dB al chilometro. Questo vuole dire che la potenza del segnale si attenua di 10 volte su una tratta di 50km. Queste ottime caratteristiche hanno reso possibile le attuali [[reti di telecomunicazione]] ad alta [[velocità di trasmissione]] e bassa attenuazione.

In [[ottica]] integrata, la guida d'onda rappresenta l'elemento di base che viene combinato per ottenere funzioni più complesse. Esistono diverse tecnologie che si differenziano principalmente in base al substrato utilizzato ed alla tecnica usata per ottenere l'innalzamento locale di indice di rifrazione. Fra di esse, ricordiamo le tecniche mutuate direttamente dalla microelettronica che usano in qualche modo come substrato il silicio (perfettamente trasparente nell'infrarosso), oppure i semiconduttori III-V come l'arseniuro di gallio, particolarmente interessanti per le proprietà optoelettroniche. Ricordiamo anche le tecnologie di scambio protonico e in-diffusione su niobato di litio usate per le proprietà elettroottiche di quest'ultimo e quelle di scambio ionico su vetro, apprezzabili per la qualità delle guide realizzate per la compatibilità con le fibre ottiche in silice.

Si può pensare al campo totale che si propaga in una guida d'onda come una combinazione lineare di modi di propagazione. Ogni modo di propagazione è una configurazione "semplice" di campo che si propaga nella guida, mantenendosi immutata (salvo ovviamente che la guida non cambi di sezione trasversale, ovviamente). Ad ogni modo di propagazione è associata una diversa [[costante di propagazione]] che ne caratterizza, tra l'altro, la [[velocità di fase]]. Un modo è una [[autofunzione]] delle equazioni di propagazione guidata ed il relativo autovettore è la costante di propagazione. Oltre a questo, si può calcolare che un modo di propagazione non può esistere ad ogni frequenza, ma che esiste una "frequenza di taglio" (cutoff frequency), al di sotto della quale il modo non è più supportato, mentre i restanti a frequenze superiori comunque discrete.

In certi casi, un modo di propagazione possiede sia il [[campo elettrico]] che quello [[campo magnetico|magnetico]] nel piano trasversale alla direzione di propagazione (modo TEM). Perché questo avvenga, è necessario che la guida sia composta almeno da due conduttori isolati fra di loro, come in un [[cavo coassiale]]. Diventa allora possibile descrivere la propagazione del modo conattraverso valori di [[tensione elettrica|tensione]] e di [[corrente elettrica|corrente]] misurabili idealmente in ogni sezione della [[linea di trasmissione]].

Una [[guida d'onda corrugata]] trova applicazione nella progettazione di [[radar]] e altri apparecchi simili. Un'altra applicazione in telecomunicazioni è l'alimentazione di [[antenna|antenne]] sia in trasmissione che in ricezione.