Guide d'onda

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Che cosa sono

  • Una guida d'onda è un percorso obbligato in cui vengono immesse onde. Essa è costituita sostanzialmente da un tubo aperto alle estremità, le cui pareti riflettono le onde, e le intrappolano all'interno del tubo stesso.
  • Esistono guide d'onda di diversi tipi a seconda della natura delle onde che devono essere "guidate".

Alcuni esempi:

  • onde elettromagnetiche:
    • le guide per microonde sono dei tubi metallici in cui vengono irraggiate le microonde. In genere hanno sezione rettangolare.
    • Le fibre ottiche sono guide d'onda per la luce. Esse sono costituite da un tubo di materiale trasparente (come il vetro, o certi polimeri), circondato da un involucro di un materiale con un indice di rifrazione minore. La riflessione interna avviene in questo caso per il fenomeno dell'angolo limite.
Fibra ottica percorsa da un laser rosso
  • onde sonore:
    • il tubo portavoce che veniva usato una volta per le comunicazioni interne su navi aerei, sommergibili, e altri mezzi[1]
    • il canale uditivo (quella cavità che porta dall'orecchio esterno al timpano). Vedi anatomia del sistema uditivo.
Tubo portavoce nel museo militare di Fort McArthur, San Pedro, California

A che cosa servono

Il nome stesso di questi dispositivi indica che essi costringono un'onda a seguire un certo percorso, anziché propagarsi liberamente nello spazio circostante. L'esempio delle fibre ottiche é forse il più facile a vedersi: la luce, anziché propagarsi in tutte le direzione segue la fibra. Nel caso delle onde elettromagnetiche le guide d'onda sono usate sia per guidare la potenza dell'onda, sia, nelle telecomunicazioni, i segnali che essa trasporta.

Anche nel caso acustico le guide d'onda fungono da amplificatore direzionale perché concentrano l'energia dell'onda sonora in una particolare direzione dello spazio (si veda la sezione sugli strumenti a fiato).

Come funzionano

  • Le onde entrano ad un'estremità, e si propagano nella guida.
  • La propagazione è libera (onda viaggiante) lungo la guida, mentre nella direzione trasversale si formano onde stazionarie
  • Questa modalità di propagazione che "mescola" onde viaggianti e onde stazionarie produce alcune proprietà interessanti, tra cui quella più importante sono le seguenti:
  1. La guida in generale è un mezzo dispersivo, anche se il mezzo che essa contiene (quello in cui l'onda effettivamente si propaga) non è dispersivo. Ciò vale a dire che onde di diverse frequenze in generale si propagano nella guida con velocità diverse.
  2. In generale esiste una frequenza di taglio, cioè accade che, al di sotto di una certa frequenza, le onde non si possano propagare affatto lungo la guida. Esse vi entrano da una parte, ma, nessun segnale ne esce dall'altra. La frequenza di taglio dipende tipicamente dalla larghezza della guida. Quanto più la guida è stretta, tanto minore è la frequenza di taglio.
  3. La velocità di fase dell'onda nella guida può essere superiore alla velocità di propagazione nel mezzo (si veda alla pagina dispersione). Per le onde elettromagnetiche ciò significa che la velocità di fase nella guida può essere superiore alla velocità della luce nel mezzo.

Collegamenti


  1. Una fotografia del tubo portavoce nella plancia dello Zeppelin nel 1938 in http://www.viewimages.com/Search.aspx?mid=3290277 e molte altre immagini in http://www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/COMMS/voicepipe/voicepipe.htm

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