thumb|right|alt=photo|Figure 1. Filtro de guía de onda: un filtro pasa bandas consistente de anchura WG15 (un tamaño estándar de guía de onda).

Un filtro de guía de onda es un filtro electrónico que es diseñado y construido utilizando los principios sobre los cuales trabaja la tecnología de guía de onda. Las guías de onda son tubos de metal vacío dentro de las cuales una onda electromagnética puede viajar. Los filtros son dispositivos que pueden ser mecánicos o electrónicos y son usados para permitir el paso de señales de cierta frecuencia (la banda de paso), mientras que rechazan otras frecuencias (banda de rechazo). Los filtros son un componente básico en los diseños de la ingeniería electrónica y tienen diversas aplicaciones. Estas incluyen la selección de señales eléctricas y limitación del ruido. Los filtros de guía de onda son de mayor utilidad en las frecuencias de microondas, donde son de un tamaño conveniente y tienen baja pérdida. Ejemplos de filtros de microondas son encontrados en las comunicaciones satelitales, en las redes de microonda utilizadas para las telecomunicaciones, el transporte de señales de televisión y radares. Los filtros de guía de ondas fueron desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial para cumplir con las necesidades que requerían los equipos de radar y otras aplicaciones militares, pero pronto encontraron aplicaciones civiles como el uso en interconexiones de redes de microondas para telefonía. Mucho del desarrollo de la posguerra se enfocó en reducir el tamaño y peso de estos filtros, al usar nuevas técnicas de análisis matemático se pudieron determinar y eliminar componentes innecesarios, posteriormente las innovaciones como el modo dual de cavidades y el uso de nuevos materiales como los resonadores cerámicos, los filtros pudieron reducirse aún más. Una característica particular de los diseños de guía de onda concierne al modo normal de trasmisión. Los sistemas basados en los pares de cables conductores y de tecnología similar tienen solo un modo de transmisión. En los sistemas de guía de ondas cualquier número de modos es posible. Esto puede ser una desventaja, ya que los modos espurios frecuentemente causan problemas, y al mismo tiempo una ventaja ya que el diseño de modo dual puede ser mucho más pequeño que el diseño equivalente de guía de onda singular. La ventaja mayor de los filtros de guía de onda sobre todas las tecnologías es su capacidad de manejar alta potencia y su baja pérdida. La desventaja mayor es su tamaño y costo cuando se les compara con filtros construidos con la tecnologías microstrip. Hay un amplio rango de diferentes tipos de filtros de guía de onda. Muchos de ellos consisten de una cadena de resonadores que pueden ser modelados como una red escalera de circuitos LC. Uno de los tipos más comunes consiste de un número de cavidades resonantes acopladas. ]Aún dentro de este tipo existen muchos subtipos, más que nada diferenciados por el acoplamiento electrónico. Estos tipos de acoplamiento incluyen las aberturas, irises, y posts. Otros tipos de filtro de guía de onda incluyen a los filtros de resonadores dieléctricos, filtros de inserción, filtros de guía de onda corrugada y filtros stub. Un número de los componentes de guía de onda tienen teoría de filtros aplicada en su diseño, pero su propósito es diferente al de filtrar señales. Tales dispositivos incluyen componentes de igualación de impedancia, acopladores direccionales y diplexores. Estos dispositivos frecuentemente toman la forma de un filtro, al menos en parte.

Alcance El significado común de guía de onda cuando el término es usado inapropiadamente, es el de un tipo de metal vacío, sin embargo otras tecnologías de onda son posibles.Gibilisco & Sclater, page 913 El alcance de este artículo está limitada a los de tipo metal-tubo. La estructura de guía de onda postmuro es una variante pero está lo suficientemente relacionada como para incluir en este artículo. Es posible construir guías de onda con materiales dieléctricos,Yeh & Shimabukuro, page 1 el tipo más conocido es la fibra óptica. Tal tema está fuera del alcance de artículo, con la excepción de que los resonadores dielétricos son a veces usados dentro de las guías de onda de metal vacío. Las tecnologías de línea de transmisión como los cables conductores y el microstrip, pueden ser identificados como líneas de guía de onda,Russer, pages 131–132 pero no son comúnmente llamados así y están fuera del alcance de este artículo.

Conceptos básicos

Filtros En la electrónica, los filtros son usados para permitir el paso de una cierta banda de frecuencias mientras que se bloquean otras. Son un bloque básico de los sistemas electrónicos y tienen muchas aplicaciones. Entre los usos de filtros de guía de onda se encuentra la construcción de duplexores, diplexores y multiplexores, selectividad, limitación de Ruido (comunicación) en receptores de radio, y la supresión de distorsión armónica de los transmisores.Belov et al., page 147

Guía de onda Las guías de onda son conductores eléctricos usados para limitar y dirigir las señales de radio. Son usualmente hechos de latón, pero el aluminio y el cobre también son usadosConnor, page 52 Por lo regular son de forma rectangular pero también se pueden hacer circulares o elípticos. Un filtro de guía de onda es aquel que está hecho de componentes de guía de onda. Tiene casi el mismo rango que otras tecnologías de filtro en electrónica e ingeniería de radio pero es muy diferente mecánicamente y en su principio de operación.Hunter, page 201|Matthaei et al., page 243 La tecnología usada para construir el filtro es escogida sobre la base de la frecuencia de operación necesaria. Aplicaciones de baja frecuencia como el audio usan filtros compuestos de capacitores e inductores. En una parte de la banda de muy alta frecuencia los diseñadores los cambian por el uso de componentes hechos de piezas de líneas de transmisión. Este tipo de diseños son llamados filtros de elementos distribuidos. Los filtros de componentes discretos son a veces llamados filtros de protuberancias para distinguirlos. En frecuencias aún más altas, la banda de las microondas, el diseño cambia a filtros de guía de onda, u en ocasiones una combinación de filtros de guía de onda y líneas de transmisión.Hitchcock & Patterson, page 263|Bagad, pages 1.3–1.4 Los filtros de guía de onda tienen mucho más en común con los filtros de línea de transmisión que con los filtros de protuberancia; estos no contienen capacitores ni inductores. Sin embargo, el diseño de guía de onda puede ser frecuentemente equivalente al diseño de elementos de protuberancias. En efecto el diseño de los filtros de guía de onda frecuentemente empiezan con el diseño de filtros de protuberancias y después convierte tales elementos en componentes de guía de onda.Matthaei et al., page 83

Modos

Una de las diferencias más importantes en la operación de filtros de guía de onda en comparación con los diseños de línea de transmisión es el modo de transmisión de la onda electromagnética que carga la señal. En una línea de transmisión, la onda está asociada con corrientes eléctricas en un par de conductores. Los conductores limitan la corriente a ser paralela a la línea, y consecuentemente los componentes magnéticos eléctricos del campo electromagnético resultan perpendiculares a la dirección de viaje de la onda. Este modo transverso se designa TEM (electromagnética transversa). Por otra parte, hay un número infinito de modos que cualquier guía de onda vacía puede soportar pero el modo TEM no es uno de ellos. Los modos de guía de onda son designados TE (eléctrica transversa) o TM (magnética transversa), seguidos por un par de sufijos que identifican el modo preciso.Connor, pages 52–53|Hunter, pages 201, 203|Matthaei et al., page 197

Esta multiplicidad de modos puede causar conflictos en los filtros de guía de onda cuando modos espurios son generados. Los diseños están usualmente basados en un solo modo y frecuentemente incorporan características para suprimir los modos no deseados. Por otra parte se puede tener una ventaja al escoger el modo correcto para la aplicación, y en ocasiones haciendo uso de mapas de un modo a la vez. Cuando un solo modo está en uso, la guía de onda puede ser modelada como línea de transmisión en conducción y los resultados de la teoría de líneas de transmisión pueden ser utilizados.Hunter, pages 255–260|Matthaei et al., page 197

Corte Otra seña peculiar de los filtros de guía de onda es que hay una frecuencia definitiva, la frecuencia de corte, bajo la cual ninguna transmisión se puede realizar. Eso significa que en teoría los filtros pasa-bajas no pueden ser hechos en guías de onda. Sin embargo, los diseñadores frecuentemente toman un diseño de filtro pasa-bajas de elementos de protuberancias y lo convierten en una implementación de guías de onda. El filtro es consecuentemente pasa-bajas por diseño y puede ser considerado un filtro pasa-bajas para todas las aplicaciones prácticas si la frecuencia de corte está debajo de la frecuencia de interés de la aplicación. La frecuencia de corte de guía de onda es una función del modo de transmisión, dado qué en cierta frecuencia, la guía de onda puede ser usado en unos modos pero no en otros. Del mismo modo el ancho de banda de la guía (λg) y impedancia característica (Z0) de la guía en una frecuencia dada también depende del modo.Hunter, pages 201–202|Matthaei et al., page 197

Modo dominante El modo con la frecuencia de corte más baja de todos los modos es llamado el modo dominante. Entre el corte y el siguiente modo más alto este es el único modo en el que es posible transmitir, por lo que es descrito como dominante. Cualquier modo espurio generado es rápidamente atenuado a través de la longitud de la guía y pronto desaparece. Los diseños de filtros prácticos son frecuentemente hechos para operar en el modo dominante.Elmore & Heald, page 289|Mahmoud, pages 32–33 En la guía de onda rectangular, el modo TE 10 (mostrado en la figura 2) es el modo dominante. Existe una banda de frecuencias entre el modo dominante de corte y el siguiente modo más alto de corte en el que la guía de onda puede ser operada sin la posibilidad de generar modos espurios, los siguientes modos de corte son TE 20, en exactamente el doble del modo TE 10, y TE01 que es también el doble del modo TE10 si la guía de onda usada tiene el comúnmente usado la razón 2:1. El modo de modo de corte TM más bajo es TM11 (mostrado en la figura 2) que es veces el modo dominante en la guía de onda 2:1. Por lo tanto, hay una octava sobre la cual el modo dominante está libre de modos espurios, aunque al operar demasiado cerca del corte, es usualmente evitado por la distorsión de faseHunter, page 209, |Matthaei et al., page 198 En la guía de onda circular, el modo dominante es TE11 y es mostrado en la figura 2. El siguiente modo más alto es TM01. El rango sobre el cual el modo dominante está garantizado a ser libre de modos espurios es menor que en el de la guía de onda rectangular, la razón de la más alta a la más baja frecuencia es aproximadamente 3 a 1 en la guía de onda circular, en comparación a 2.0 en la guía rectangular.Matthaei et al., pages 198, 201

Modos evanescentes Los modos evanescentes , son aquellos que se encuentran por debajo de la frecuencia de corte. No pueden propagar la guía de onda por alguna distancia, ya que decaen exponencialmente. Sin embargo, son importantes en el funcionamiento de ciertos componentes de filtrado como los irises y los posts.Das & Das, page 112

Ventajas y desventajas