Una brida de guía de ondas es un conector para unir secciones de guía de ondas , y es esencialmente lo mismo que una brida de tubería : una guía de ondas , en el contexto de este artículo, es un conducto hueco de metal para energía de microondas . La cara de conexión de la brida es cuadrada, circular o (particularmente para guías de ondas grandes [1] o rectangulares de altura reducida), rectangular. La conexión entre un par de bridas generalmente se realiza con cuatro o más pernos , aunque se pueden usar mecanismos alternativos, como un collar roscado, donde existe la necesidad de un montaje y desmontaje rápidos. [1] A veces se usan pasadores de espiga además de pernos, para asegurar una alineación precisa, particularmente para guías de ondas muy pequeñas.
Las características principales de una unión de guía de ondas son: si es hermética, si permite la presurización de la guía de ondas y si es una conexión de contacto o de estrangulamiento . Esto da lugar a tres tipos de brida para cada tamaño de guía de ondas rectangular.
Para las guías de ondas rectangulares existe una serie de bridas estándar que compiten entre sí y que no son totalmente compatibles entre sí. [2] También existen diseños de bridas estándar para guías de ondas de doble cresta, de altura reducida, cuadradas y circulares.
La atmósfera dentro de los conjuntos de guías de ondas suele estar presurizada, ya sea para evitar la entrada de humedad o para aumentar la tensión de ruptura en la guía y, por lo tanto, aumentar la potencia que puede transportar. La presurización requiere que todas las juntas de la guía de ondas sean herméticas. Esto se consigue normalmente por medio de una junta tórica de goma colocada en una ranura en la cara de al menos una de las bridas que forman cada unión. Las juntas , juntas/tapa o bridas presurizables (como la de la derecha de la figura 2) se identifican por la ranura circular única que aloja la junta tórica. Sólo es necesario que una de las bridas de cada conexión presurizable sea de este tipo; la otra puede tener una cara plana lisa (como la de la figura 1). Este tipo sin ranuras se conoce como brida de cubierta , lisa o no presurizable . [ cita requerida ]
También es posible formar un sello hermético entre un par de bridas que de otro modo no se podrían presurizar utilizando una junta plana hecha de un elastómero especial conductor de electricidad . Se pueden acoplar dos bridas de cubierta lisas sin una junta de este tipo, pero la conexión no se puede presurizar. [ cita requerida ]
La corriente eléctrica fluye por la superficie interior de las guías de ondas y debe cruzar la unión entre ellas para que la energía de microondas pase a través de la conexión sin reflexión ni pérdida. [ cita requerida ]
Una conexión de contacto se forma mediante la unión de cualquier combinación de juntas y bridas de cubierta, y lo ideal es que cree una superficie interna continua de una guía de ondas a la otra, sin grietas en la unión que interrumpan las corrientes superficiales. La dificultad con este tipo de conexión es que cualquier imperfección de fabricación o suciedad o daño en las caras de las bridas dará como resultado una grieta. La formación de un arco eléctrico a través de la grieta provocará más daños, pérdida de potencia y puede dar lugar a la formación de un arco eléctrico de un lado de la guía al otro, lo que provocará un cortocircuito . [ cita requerida ]
Una conexión de estrangulamiento se forma acoplando una brida de estrangulamiento y una brida de cubierta (o junta/cubierta). La región central de la cara de la brida de estrangulamiento está ligeramente rebajada de modo que no toca la cara de la brida de cubierta, sino que está separada de ella por un estrecho espacio. La región rebajada está delimitada por una zanja de estrangulamiento profunda (o zanja o ranura ) cortada en la cara de la brida. Las bridas de estrangulamiento solo se utilizan con guías de ondas rectangulares y son invariablemente presurizables, ya que tienen una ranura de junta que rodea [3] la zanja de estrangulamiento. La presencia de estas dos ranuras circulares concéntricas hace que las bridas de estrangulamiento sean fácilmente reconocibles. La brida de la izquierda en la figura 2 es una brida de estrangulamiento. [ cita requerida ]
Se considera incorrecto unir dos bridas de estrangulamiento; el espacio resultante entre las caras de las bridas es el doble del previsto y el efecto es similar al de tener dos uniones en la guía en lugar de una. En ausencia de bridas de estrangulamiento no presurizables, todas las bridas se incluyen en una de tres categorías: estrangulamiento, junta/cubierta y cubierta. [ cita requerida ]
En la figura 3 se muestra una sección transversal en el plano E de una conexión de estrangulamiento ensamblada. Este es el plano que corta cada una de las paredes anchas de la guía de ondas a lo largo de su línea central, que es donde las corrientes superficiales longitudinales (las que deben cruzar la unión) son más intensas. La zanja de estrangulamiento y el espacio entre las caras de las bridas forman juntas una rama lateral algo enrevesada hacia el camino de la guía principal. Esta rama lateral está diseñada para presentar una baja impedancia de entrada donde se encuentra con las paredes anchas de la guía de ondas, [3] de modo que las corrientes superficiales allí no se vean obstruidas por el espacio, sino que fluyan hacia y desde las caras separadas de las bridas. Por el contrario, en el borde exterior de la zanja de estrangulamiento, en el punto donde las dos bridas entran en contacto físico, la zanja presenta una alta impedancia en serie. La corriente a través del punto de contacto se reduce así a un valor pequeño, [3] y el peligro de arco a través de cualquier grieta entre las bridas se reduce igualmente. [ cita requerida ]
En la frecuencia de funcionamiento de la brida de estrangulación, la profundidad de la zanja es de aproximadamente un cuarto [3] de una longitud de onda. Esto es algo más largo que un cuarto de la longitud de onda del espacio libre, ya que el campo eléctrico también varía al rodear la zanja, teniendo dos cambios de polaridad, o una onda completa en la circunferencia. La zanja constituye así un trozo de cortocircuito resonante de un cuarto de onda , y tiene una impedancia de entrada alta (idealmente infinita) en su boca. Esta alta impedancia está en serie con la conexión de metal a metal entre las bridas, y minimiza la corriente a través de ella. La distancia desde la guía de ondas principal a través del espacio hasta la zanja es igualmente un cuarto [3] de una longitud de onda en el plano E. El espacio forma así un transformador de un cuarto de onda , que transforma la alta impedancia en la parte superior de la zanja en una baja impedancia (idealmente cero) en la pared ancha de la guía de ondas. [ cita requerida ]
Como el funcionamiento de una conexión de estrangulamiento depende de la longitud de onda, su impedancia puede ser cero en una frecuencia como máximo dentro de la banda operativa de la guía de ondas. Sin embargo, al hacer que el espacio sea extremadamente estrecho [1] [3] y la zanja del estrangulamiento relativamente ancha [1] , la impedancia de entrada se puede mantener pequeña en una banda de frecuencia amplia. Para anchos de espacio y zanja en una proporción fija, la impedancia de entrada de la conexión es aproximadamente proporcional a cualquiera de los anchos (duplicar ambos anchos es como tener dos conexiones en serie). Aumentar solo el ancho de la zanja aumenta su impedancia de entrada proporcionalmente y, en cierta medida, disminuye la impedancia transformada, aunque el efecto es limitado cuando la longitud del espacio no es exactamente un cuarto de la longitud de onda. Las bridas de estrangulamiento con especificaciones MIL tienen un ancho de espacio de entre el 2% y el 3% de la altura de la guía de ondas (la dimensión interna más pequeña de la guía), lo que para la guía de ondas WR28 (WG22) equivale a un espacio de solo 3 milésimas de pulgada. La zanja de estrangulamiento en estas bridas es aproximadamente 8 veces más ancha (alrededor del 20% de la altura de la guía de ondas), aunque las proporciones varían considerablemente, ya que la relación ancho-alto de las guías de tamaño medio estándar se desvía de 2:1. Las bridas de estrangulamiento con especificaciones MIL están diseñadas para usarse en toda la banda de frecuencia operativa recomendada de la guía de ondas [5] [6] [7] [8] [9] (que es aproximadamente de 1,3 a 1,9 veces la frecuencia de corte de la guía).
Entre los inventores de la conexión de estrangulamiento se encuentran Norman Ramsey [10] [11], con la ayuda de Shep Roberts, mientras ambos trabajaban en el Laboratorio de Radiación del MIT durante la Segunda Guerra Mundial. Winfield Salisbury también afirma haber realizado la invención mientras era líder del Grupo de Radiofrecuencia del Laboratorio de Radiación del MIT entre 1941 y 1942. [12] La invención no fue patentada. [10]
Las conexiones de estrangulamiento pueden lograr una relación de onda estacionaria (VSWR) de 1,01 [13] (un retorno de −46 dB) en un ancho de banda útil y eliminar el peligro de arcos eléctricos [13] en la unión. Sin embargo, es posible lograr un mejor rendimiento con una conexión de contacto realizada cuidadosamente entre bridas lisas intactas. [13]
Las bridas se montan pasantes o sobre casquillos en el extremo del tubo guía de ondas.
En el montaje pasante, el tubo guía de ondas pasa a través de la brida hasta la cara frontal. Inicialmente, se permite que el tubo sobresalga ligeramente de la cara de la brida y, luego de que las dos piezas se hayan soldado o soldado con soldadura fuerte, se mecaniza el extremo del tubo para que quede perfectamente nivelado con la cara. [14] Este tipo de construcción se puede ver en las figuras 1, 4 y 5. [ cita requerida ]
En el montaje en zócalo, la abertura en la cara frontal de la brida coincide con las dimensiones internas de la guía de ondas. En la parte posterior, la abertura está rebajada para formar un zócalo que se ajusta al extremo del tubo de la guía de ondas. Las dos piezas se sueldan o se unen con soldadura fuerte para asegurar una ruta de conducción ininterrumpida entre la superficie interna del tubo de la guía de ondas y la boca de la brida. Este tipo de construcción se puede ver en la figura 2 y se muestra esquemáticamente en la figura 3. Una variación de esto es el montaje a tope , en el que el tubo de la guía de ondas se apoya en la cara posterior de la brida. La parte posterior de la brida tiene una serie de protuberancias, suficientes para alinear el tubo, pero sin formar una pared de zócalo ininterrumpida a su alrededor.
El montaje por encaje evita la necesidad de mecanizar la cara de la brida durante la fijación. En el caso de las bridas de estrangulamiento, esto significa que la profundidad a la que se empotra la cara y el ancho del espacio resultante se fijan cuando se fabrica la brida y no cambiarán cuando se fije. Las bridas de estrangulamiento con especificaciones MIL se montan por encaje. [5] [6] [7] [8] [9]
MIL-DTL-3922 es una norma militar de los Estados Unidos que proporciona descripciones detalladas de estranguladores, juntas/cubiertas y bridas de cubierta para guías de ondas rectangulares. MIL-DTL-39000/3 describe bridas para guías de ondas de doble cresta [15] y, anteriormente, [16] [17] también para guías de una sola cresta.
Las bridas MIL-spec tienen designaciones de la forma UG-xxxx/U donde las x representan un número de catálogo de longitud variable, que en sí mismo no contiene ninguna información sobre la brida. [2]
Estas normas son obra del gobierno de los EE. UU . y están disponibles gratuitamente en línea en la Agencia de Logística de Defensa de los EE. UU .
La norma IEC 60154 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) describe bridas para guías de ondas cuadradas [18] y circulares, [19] así como para lo que denomina guías planas , [20] medianamente planas , [21] y rectangulares ordinarias [22] .
Las bridas IEC se identifican mediante un código alfanumérico que consta de; la letra U , P o C para no presurizable [2] (cubierta lisa), presurizable [2] (con una ranura de junta) y estrangulador [2] (con ambas ranuras de junta de estrangulamiento); una segunda letra, que indica la forma y otros detalles de la brida y finalmente el identificador IEC para la guía de ondas. Para la guía de ondas rectangular estándar, la segunda letra es A a E , donde A y C son bridas redondas, B es cuadrada y D y E son rectangulares. Entonces, por ejemplo, UBR220 es una brida de cubierta lisa cuadrada para la guía de ondas R220 (es decir, para WG20, WR42), PDR84 es una brida de junta rectangular para la guía de ondas R84 (WG15, WR112) y CAR70 es una brida de estrangulamiento redonda para la guía de ondas R70 (WG14, WR137).
La norma IEC está avalada por varias organizaciones de normalización europeas, como la British Standards Institution .
La Electronic Industries Alliance (EIA) es el organismo que define las designaciones WR para las guías de onda rectangulares estándar. Las bridas EIA se designan CMR (para conector, miniatura, guía de onda rectangular [2] ) o CPR ( conector, presurizable, guía de onda rectangular [2] ) seguido del número EIA (número WR) para la guía de onda relevante. Por ejemplo, CPR112 es una brida de junta para la guía de onda WR112 (WG15).
El Comité de Normalización de Componentes de Radio (RCSC) es el organismo que originó las designaciones del WG para las guías de ondas rectangulares estándar. También definió bridas de estrangulación y de cubierta estándar con identificadores de la forma 5985-99-xxx-xxxx donde las x representan un número de catálogo, que en sí mismo no contiene ninguna información sobre la brida. [2]
