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Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 1 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz LÍNEAS DE TRANSMISIÓN M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Objetivo General Introducir a las nociones básicas de la propagación de OEM por líneas de transmisión y los parámetros o conceptos involucrados para su análisis y diseño de acopladores como parte indispensable en un sistema de comunicaciones Al finalizar el curso, el participante tendrá una clara idea de como están clasificados los sistemas de comunicaciones y tendrá la capacidad de analizar y diseñar él sistema más óptimo en base a las características físicas y eléctricas de los medios físicos. Objetivos Específicos • Conocer y afianzar los parámetros básicos que definen el comportamiento de las líneas de transmisión. • Comprender y experimentar la relación entre los parámetros característicos de las líneas de transmisión y el comportamiento de las señales en éstas. • Comprender y experimentar la formación de ondas estacionarias en las líneas de transmisión y las pérdidas de potencia en función del coeficiente de reflexión. • Comprender y diseñar los principales métodos de acoplamiento en líneas de transmisión en aplicaciones de RF. • Conocer y aplicar la Carta de Smith como herramienta de simplificación en tiempo y análisis para resolver los problemas de líneas de transmisión. Introducción • Suele entenderse por ingeniero a la persona capacitada para el ejercicio de la ingeniería. Siendo ingeniería la aplicación de los conocimientos y métodos científicos y técnicos al desarrollo industrial de la sociedad. • Un problema de ingeniería típico implica la transmisión de una señal desde un generador a una carga. • En el caso de las telecomunicaciones las técnicas y tecnologías a estudiar e implementar serán: las comunicaciones, la electrónica y la informática. • Se entiende por un sistema de telecomunicación a aquellos sistemas de comunicación a distancia que se caracterizan por utilizar a las señales eléctricas como soporte de la información. Introducción • La comunicación se define como el proceso en el que la información se transfiere desde un origen (transmisor) a un destino (receptor); es decir, el intercambio de información entre 2 o más individuos o entidades de proceso. • Para que exista un proceso de comunicación, la información ha de llegar a su destino sin sufrir alteraciones en su contenido. • Se puede decir que el esquema básico de un sistema de comunicación involucra 3 partes fundamentales: Transmisor, Canal o Medio de Comunicación y Receptor. Introducción • Todo sistema de comunicación electrónico tiene como función principal el transmitir y/o recibir información de manera eficiente, es decir, la mayor cantidad de información en el menor tiempo y con el mínimo de errores. Esquema Básico de Comunicación. Un Sistema de Telecomunicaciones comprende un conjunto de medios técnicos (sistemas ) apropiados para codificar, transportar y guiar tan fielmente como sea posible la información a distancia. Transmisor Dispositivo de salida Receptor Genera Canal o MedioGenerador Carga Medio Ruido Interferencia Fuente de Información Transmisor • Genera la información que se desea comunicar. • Acondiciona la señal para su óptimo traslado en el medio o canal de comunicaciones. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 2 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz Canal o Medio de Comunicación • Se refiere al medio a través del cual viaja la información. • Introduce la mayor cantidad de atenuación y distorsión a la señal útil o de información. • En los sistemas de telecomunicación existen 2 tipos de medios o canales de comunicación que permiten transferir las señales eléctricas entre el emisor o transmisor y el destino o receptor, estos son: Sistemas por Líneas de transmisión (Cobre o Fibra) Canales Físicos o Alámbricos. Sistemas de Radio Comunicaciones o Canales Radioeléctricos No Físicos o Inalámbricos. – Línea Coaxial. – Línea Bifilar / Multipar. – Fibra Óptica. – Microcinta. – Guía de onda. Ejemplos de Canales de Comunicación Líneas de Transmisión Canales de RadioFrecuencia (R.F.) Canal Físico o Alámbrico – Radio Frecuencia. – Microondas. – Satélite. – Infrarojo. Canal NO Físico o Inalámbrico (Wireless) Enrutamientos Internacionales Líneas Físicas Fibra ÓpticaSistema Satelital Sistemas de Microondas Receptor • Destino de la señal de información. • Recibe las señales que han viajado a través del medio o canal de comunicación. • Tiene el compromiso de recuperar la señal original de la manera más fiel posible, reconstruyendo en forma y nivel la señal de información. En cada una de estos bloques fundamentales existen señales ajenas que degradan la señal de información (Ruido, interferencias etc.). Si se analizan los problemas que presentan cada uno de los bloques básicos, en el que se presentan los mayores inconvenientes es en el medio o canal de comunicación. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN • En los sistemas por líneas de transmisión existe una conexión física entre el transmisor y receptor, la línea de transmisión, siendo este el medio o canal por el cual se propagan las señales en forma de corrientes y tensiones. • En los sistemas de radio comunicación, la señal que lleva la información enlaza al transmisor y receptor por medio de OEM, las cuales se propagan en el medio dieléctrico existente o circundante entre ambos (comúnmente el aire). UNA RED DE TELECOMUNICACIONES UTILIZA DIFERENTES TECNOLOGÍAS Y EQUIPOS. Antena De radiodifusión Antena receptora Origen Destino Enlace De Microondas Cable coaxial Cable coaxial Fibra óptica Satélite SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES Características. Ventajas. Limitaciones. Sistema de radiocomunicaciones punto a multipunto. Características Utiliza como medio de propagación el espacio. La señal de información viaja a través de ondas electromagnéticas. Se emplean como dispositivos transductores antenas de diversos tipos. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 3 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz Facilidad de comunicaciones móviles. Facilidad de reconfiguración. Facilidad de establecer enlaces en áreas de difícil acceso. Económicos. Menor tiempo de instalación. Ventajas Susceptibilidad a interferencias electromagnéticas. Espectro electromagnético limitado. Privacidad pequeña. Dependencia de las condiciones ambientales. Limitaciones SISTEMAS DE COMUNICACIONES POR LINEAS DE TRANSMISIÓN (COBRE). Características. Ventajas. Limitaciones. Enlace punto a punto de un sistema por cable metálico. Fuente de información Destinatario de la información Transmisor Receptor Características Utilizan un medio físico como medio de transmisión (línea de transmisión de cobre). Transportan señales eléctricas a través de cable coaxial, par trenzado, cable multipar, etc. Ventajas Mayor privacidad. Es más difícil su intercepción. Menor susceptibilidad a interferencias electromagnéticas Medios de transmisión costosos. Mayor tiempo de instalación. Menor facilidad de reconfigurar el sistema. Problemas de diafonía. Problemas de bucles de tierra. Limitaciones Sistemas de Comunicaciones por Línea Transmisión (Fibra Óptica) Enlace de comunicaciones punto a punto por fibra óptica. Características. Parámetros de evaluación - Ventajas. Limitaciones. Características Emplean un medio físico dieléctrico como canal (vidrio: SiO2). La información viaja en forma de energía luminosa, con bajos niveles de potencia. Se requieren transductores, tanto en elemisor como en el receptor. Presentan gran capacidad de integración. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 4 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz PARÁMETROS DE EVALUACION. VENTAJAS Eliminación de las interferencias electromagnéticas. Seguridad de alta calidad de transmisión. Reducción de costos de protección contra ruido. Localización cercana a líneas de alta tensión. Aislamiento eléctrico. Eliminación de problemas de bucle de tierra. Seguridad contra descargas eléctricas. Pérdidas pequeñas. Mayor espaciamiento entre repetidoras Menor mantenimiento. Ancho de banda grande. Gran capacidad de transmisión. Diámetro pequeño y peso reducido. Reducción de costos de instalación. Alta privacidad de la transmisión. Resulta ser inviolable debido al tipo de señal transmitida Limitaciones Requiere un medio físico como el caso del cable eléctrico. Movilidad reducida en comparación a los sistemas de radiocomunicaciones. Mayor dificultad en comunicaciones multipunto. Las derivaciones introducen niveles de atenuación. Capacidad De Información. • La determina el gran ancho de banda que se puede disponer en una fibra óptica, llegando en algunos tipos de fibra hasta los 500 Ghz/km. • Con respecto a los cables de cobre, pueden transmitir gran volumen de información a alta velocidad y permiten la conversación simultánea de un gran número de usuarios. TIPOS DE CABLE CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN CONVERSACIÓNES SIMULTÁNEAS TEÓRICAS Par sencillo. 1 Mhz-km. 300 Coaxial. 100 Mhz-km 30 000 Fibra óptica. 100 Ghz-km (*) 30 000 000 (*) esto ha situado al antiguo concepto de ancho de banda por que en las fibras ópticas el ancho de banda es apropiadamente infinito y solo se encuentra limitado por las capacidades del receptor y el transmisor. En comparación con los cables de cobre, los de fibra óptica ofrecen múltiples ventajas en los sistemas de comunicación. Pesos y Tiempo de Instalación. • Cable multipar TAP 2400 pares de 3.5 Km. de largo pesa 20,650 kg. (800 hrs. Hombre). • Cable coaxial misma capacidad y longitud pesa 18,200 kg. (400 hrs/hombre). • Cable de fibra óptica pesa 350 kg. Y se necesita de tan solo 88 hrs./hombre). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Espectro Electromagnético • Señales de Potencia. • Señales de Voz. • Radio. • Microondas. • Satélites • Infrarojo. • Luz Visible. • Ultravioleta. • Rayos X. • Rayos Gama. • Rayos Cósmicos. VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF 3 k 30 k 300 k 3 M 30 M 300 M 3 G 30 G 300 G Ondas de Superficie Ondas Celestes LOS Ondas EspacialesO. T ro p o sférica s O . Io n o sférica s Microondas Banda L, S C, X, K TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TABLA CON LA DESIGNACIÓN DE BANDAS PARA EL ESPECTRO DE RF Frec. Min. Frec. Max max min Banda Descripción 30 Hz 300 Hz 104 Km 103 Km ELF Extremadamente Baja Frecuencia 300 Hz 3000 Hz 103 Km 102 Km VF Frecuencias de Voz 3 KHz 30 KHz 100 Km 10 Km VLF Muy Baja Frecuencia 30 Khz 300 KHz 10 Km 1 Km LF Baja Frecuencia 300 KHz 3 MHz 1 Km 100 m MF Media Frecuencia 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m HF Alta Frecuencia 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m VHF Muy Alta Frecuencia 300 MHz 3 GHz 100 cm 10 cm UHF Ultra Alta Frecuencia 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm SHF Super Alta Frecuencia 30 GHz 300 GHz 1 cm 1 mm EHF Extremadamente Alta Frecuencia Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 5 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TABLA CON LA DESIGNACIÓN DE BANDAS PARA EL ESPECTRO DE MICRIOONDAS Banda Anterior Banda Nueva Frec. Min. Frec. Max max min L D 1 GHz 2 GHz 30 cm 15 cm S E 2 GHz 3 GHz 15 cm 11.25 cm S F 3 GHz 4 GHz 11.25 cm 7.5 cm C G 4 GHz 6 GHz 7.5 cm 5.625 cm C H 6 GHz 8 GHz 5.625 cm 3.75 cm X I 8 GHz 10 GHz 3.75 cm 3.085 cm X J 10 GHz 12.4 GHz 3.085 cm 2.42 cm Ku J 12.4 GHz 18 GHz 2.42 cm 1.66 cm K J 18 GHz 20 GHz 1.66 cm 1.385 cm K K 20 GHz 26.5 GHz 1.385 cm 1.11 cm Ka K 26.5 GHz 40 GHz 11.1 mm 7.5 mm mm mm 40 GHz 300 GHz 7.5 mm 1 mm TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Frecuencias 1 Khz 10 a 100 Mhz 2 a 20 Ghz 1 Thz Circuitos Integrados Digitales (DSP) Circuitos Integrados Analógicos (RFIC) Circuitos de Componentes Discretos Circuitos con Líneas de Transmisión Circuitos Ópticos Onda Media Onda Corta Microondas Milimétricas Óptica HF VHF UHF TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Definición: – Estructuras usadas para transmitir energía o señales en forma de campos electromagnéticos guiados de un punto de origen a otro punto destino. – El sistema o medio de transmisión en radio frecuencia, que permite la transferencia de la energía electromagnética (OEM guiadas) de un punto a otro. Modelos: – Parámetros Distribuidos. Teoría de Líneas. – Teoría Electromagnética. Propagación de OEM. Conceptos claves: – OEM y sus propiedades o características. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Propósito: – Guiar la energía electromagnética entre un generador y un receptor. Estructura: – Dos o mas conductores, separados por un medio material (dieléctrico). La Geometría del conductor puede ser cilíndrica o de placas paralelas. – 2 hilos conductores entre los que se establece una diferencia de potencial. Ésta a su vez, junto con la corriente que se distribuye sobre la superficie de los conductores, transporta la información que se entrega a una impedancia de carga. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Importancia: – Se utilizan en transmisión de señales, tanto en sistemas de R.F. y microondas, como en interconexión de circuitos impresos o en circuitos integrados. medio de interconexión. – Actúa en parte como un filtro, para atenuar la señal y distorsionar su forma de onda; por lo que se presentan la mayoría de los problemas en la transmisión de información. normalmente es la parte técnica limitante en la eficiencia de un sistema de comunicación. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Análisis: – Utilizan conceptos de la Teoría de Circuitos. – Son una versión “especial” de las Ecuaciones de Campo. – Emplean Métodos Gráficos para reducir tiempo de análisis. Propagación: – En forma de OEM Transversales (modo TEM). Limitaciones: – Atenuación (e-αl). – Distorsión (ejl). → Ancho de Banda (Bw). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Ejemplos de diferentes tipos de líneas de transmisión. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUISH. PORRAGAS BELTRAN Tipos de Líneas de Transmisión Como ya se definió, una Línea de Transmisión es el conductor o medio de conexión entre sistemas o elementos que desean intercambiar señales de información. Y basándonos en la Teoría de Líneas este “conductor” puede ser un corto o circuito abierto (físicamente) cuyo efecto difiere al circular por el señales en altas frecuencias. Dentro de los tipos de líneas de transmisión más comunes se tienen: – Líneas Coaxiales. – Líneas Bifilares o de Cables Paralelos. – Par Trenzado: UTP, STP. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 6 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Línea Bifilar o Cables Paralelos Usualmente espaciada de ¼ a 6 pulgadas. Empleada como Línea de Transmisión de la Antena al Receptor o del Transmisor a la Antena. Las terminales de entrada son llamadas “Generador”. Las terminales de salida son llamadas “Carga”. Sus características eléctricas dependen de su construcción física. Por ejemplo: La capacitancia distribuida es inversamente proporcional a la separación entre los conductores y directamente proporcional a la longitud de la línea (la reactancia capacitiva es inversamente proporcional a la capacitancia y a la frecuencia). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Sistema de Comunicaciones Por Líneas de Transmisión Por Canal de Radio En Banda Base Moduladas (Con Señal Portadora) En los medios guiados el medio de transmisión establece los límites en la transmisión. En los medios No guiados el Transmisor (la frecuencia fundamentalmente) determina la característica de la transmisión TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Frecuencia y Propagación La Frecuencia define la variabilidad principal en el tiempo de la onda y de la corriente que la produce. Longitud de onda es el cociente entre la velocidad de propagación (300 000 K/s en el vacío) y la frecuencia de la señal. La dirección de propagación indica hacia dónde se propaga la energía electromagnética. Las ondas son de naturaleza vectorial ya que además de la dirección de propagación existe la dirección de la corriente que generó la radiación. Esto produce la polarización. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. El Canal de Comunicaciones puede dividirse para su estudio, en un Canal Físico y un Canal de Información. Ambos canales tienen un mismo objetivo, transmitir la máxima cantidad de información libre de errores. Canal Físico.- Es el relacionado con las características físicas y eléctricas del sistema de comunicaciones. Es decir con las técnicas de la Ingeniería de Comunicaciones. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Algunas de las características de los Canales Físicos son: – Está relacionado con los parámetros internos del medio de transmisión. – Se ocupa de los fenómenos relativos a la transmisión de señales. – Usa como criterio de eficiencia, la calidad de la señal recibida, ocupándose además de preservar la integridad y fidelidad de las señales, así mismo, busca minimizar el efecto que producen los fenómenos de ruido y distorsión. – Pueden estar constituidos por diferentes medios de comunicación. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Canal de Información.- Está relacionado con las especificaciones externas del sistema de comunicaciones, es decir, con las técnicas relacionadas con la teoría de la información y de la codificación. – Mencionando ciertas características del canal de información tenemos: – Se ocupa de evaluar y permitir administrar adecuadamente los recursos del canal físico. – Usa como criterio de eficiencia la velocidad de transmisión de la información y la calidad con que ésta es transportada. – Tiene como objetivo fundamental preservar la integridad de la información, mediante el uso adecuado de los medios de codificación y la introducción del concepto de redundancia en la transmisión misma. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. El estudio de las Líneas de Transmisión consiste en la investigación de las propiedades de los sistemas conductores utilizados para transportar Ondas Electromagnéticas de un punto a otro. En el área de las Telecomunicaciones, nos interesan principalmente las aplicaciones de alta frecuencia, esto es, cuando la longitud de la Línea de Transmisión es al menos del mismo orden en magnitud que la longitud de onda de la señal que transporta. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN TEORIA BÁSICA DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Otra clasificación de los medios de transmisión es por la forma de confinamiento que se realiza a los campos electromagnéticos que se propagan en ellos. – Medios de Transmisión Abiertos. Espacio Libre. – Medios de Transmisión Cerrados. Coaxial, F.O. – Medios de Transmisión Semicerrados. Bifilar, Microstrip. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 7 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Cuando el medio dieléctrico es de un sólo material se dice que la línea de transmisión es homogénea. Una LT se considera uniforme cuando el sistema siempre mantiene la misma configuración, esto es, su sección transversal es constante a lo largo de toda la longitud que comprende la línea de transmisión. En R.F., si el conductor tiene una longitud mayor a la longitud de onda de la señal que está transportando y es resonante el conductor tiende a radiar potencia. En estas condiciones se dice que el conductor está actuando como una antena, En base a lo anterior, se debe tener un cuidado especial en la selección de los conductores que conforman una línea de transmisión en (RF) y su longitud, con el fin de minimizar la radiación de potencia. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Las líneas de transmisión pueden ser de muchas formas y tamaños por lo cual pueden clasificarse de muchas maneras. Una manera conveniente de clasificarlas es en base a las configuraciones de sus campos eléctrico (E) y magnético (H), es decir, en base a los modos que pueden transmitir. De esta manera, las líneas de transmisión se pueden dividir en dos grupos principales: 1. Modos Electromagnéticos Transversales. 2. Modos de Orden Superior. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Las que tienen Modos Electromagnéticos Transversales (TEM), del cual se desprenden las O.P.U. y las que tienen Ondas Espaciales Electromagnéticas Transversales (cómo en las antenas de radio). En las TEM tanto el Campo Eléctrico “E” como el Magnético “H” son enteramente transversales a la dirección de propagación (Figura 1.5), es decir, no existe ningún componente del campo eléctrico ni del magnético en la dirección de transmisión o propagación por ejemplo: Las Líneas Bifilares, Las Líneas Coaxiales. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Dirección de Propagación z x y Campo Eléctrico E Campo Magnético H TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. – En los modos de orden superior por ejemplo, si la dirección de transmisión es en Z, entonces las únicas posibilidades para la dirección de E y de H serían Ex y Hy ó Ey y Hx. Dando origen a modos de propagación: • TE Transversal Eléctrico. • TM Transversal Magnético. ¿Como Transmitir una Señal por un Medio o Canal? En el ámbito electrónico el término "línea" o "línea de transmisión" usualmente se utiliza únicamente para hacer referencia a los dispositivos que pueden transmitir modo TEM, mientras que el término "guía" o "guía de onda" se utiliza para hacer referencia a los dispositivos que pueden transmitir modos de orden superior o altos. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Un Hilo Conductor ( retorno por tierra ). – Muy afectado por la interferencia y el ruido. – Utilizado en los primeros sistemas telegráficos Dos Hilos Conductores. – Dos hilos paralelos, aunque mejora la resistencia a la interferencia, todavía es un problema. – Si se entrelazan los hilos conductores, se obtiene el par trenzado en el que el efecto de las señales interferentes se anula en buena medida. – UTP Unshielded Twisted Pair. – Se pueden alojar numerosos pares en un mismo cable para aumentar la capacidad de transmisión Cable Multipar. ¿Se puede realizar una comunicación Transcontinental con una LT? ¿COMO? TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Otra manera común de clasificar a las líneas de transmisión es en función del flujo de corriente en sus conductores originándose la siguiente clasificación: – Líneas Balanceadas.- Es aquella en la que circula la misma corriente en los dos conductores (respecto a un nivel de referencia). Aquí ningún conductor está referido a tierra. El ejemplo más común son las líneas bifilares. Tx RL I1 I1 = I2 Conductor 1 Conductor 2 I2 Conductores Plano de Referencia d1 = d2 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. – Líneas No Balanceadas.- Es aquella donde cada uno de los conductores poseen corrientes distintas, dado que uno de ellos está referido a tierra. Ejemplo de estas líneas son los cables coaxiales. I1 = I2 + I3 I2 Tx RL I1 Conductor 1 Conductor 2 I3 C o n d u ct o r e s Plano de Referencia d1 d2d1 d2 Las antenas son sistemas balanceados. Actualmente se conectan con líneas no balanceadas y se adaptan con un Balun. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 8 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Otra forma de clasificar a las LT, es en base a su aplicación como en función de: 1. Su Temple y Construcción. 2. El Potencial Eléctrico que maneje. 3. La Señal que transportan y/o Equipo que interconectan tenemos líneas para: a) Control. b) Circuitos y Equipos Electrónicos. c) Sistemas de Comunicaciones. ¿Que significa AWG y RG? TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Se puede decir que el objetivo de la Teoría de Circuitos es prever el comportamiento eléctrico de circuitos físicos, disminuir su costo y mejorar su desempeño sobre todas las condiciones de operación, efectos de temperatura y degradación por el uso. A estas frecuencias, la asociada a la frecuencia de la señal es mucho mayor que las longitudes físicas de los componentes y del propio circuito, por lo que se realiza una aproximación válida considerando al circuito como de Parámetros Concentrados. Redes Eléctricas Ordinarias (Teoría de Circuitos) Circuitos con Elementos Discretos o circuitos equivalentes (parámetros concentrados). Líneas de Transmisión (Teoría de Líneas) Parámetros Distribuidos TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Teoría Básica de Líneas de Transmisión. Todos los procesos de este tipo de circuitos son considerados en función del tiempo. En un circuito con parámetros concentrados, la localización en particular de los dispositivos o elementos dentro de un circuito físico NO afecta el comportamiento del mismo, mientras que en uno con parámetros distribuidos SI. Para el caso de sistemas con parámetros distribuidos se precisa emplear la Teoría Electromagnética para realizar las previsiones respecto al comportamiento de circuitos distribuidos así como para el análisis de su diseño. ¿Como sería el modelado de la línea de transmisión que cumpliera con las restricciones de la teoría de circuitos, o para hacer una aproximación válida? TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Modelo de un sistema con parámetros Concentrados. Características del modelo de parámetros concentrados, analizando al sistema en sus puertos A-A´ y B-B´: Línea de Transmisión B B A A L Zs ZLVs IA IB AAV BBV BBAA BA VV II (LIK) (LVK) Válido Solamente si: L (longitud de la línea) << (longitud de onda de la señal). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Modelo de un sistema con parámetros distribuidos. 1. Se divide la longitud de la LT en segmentos o tramos de longitud mucho menor a la de la señal que transporta (z<< ). 2. Para cada segmento, se realiza un modelo de parámetros concentrados manejando una impedancia en la rama serie conformada por una Resistencia en Serie con una Inductancia, y una admitancia relacionada con la conductancia y la capacitancia en paralelo. z zz z R L C G A B Δz A B Δz A B Δz A B Δz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Circuito Equivalente de las LT de 2 Conductores Considerando uno de los segmentos en la posición z a lo largo de la línea: I(z,t) V(z,t) I(z+z,t) V(z+z,t) Rz Lz Cz Gz z R L GC A B R: Combina la Resistencia del conductor por unidad de longitud en /m. L: Combina la Inductancia del conductor por unidad delongitud en H/m. G: Es la Conductancia del medio aislante por unidad de longitud en 1/m. C: Es la Capacitancia del conductor por unida de longitud en F/m. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN R modela la disipación de potencia debido a la no idealidad de los conductores (pérdidas óhmicas). L modela el proceso de almacenamiento energético en forma de campo magnético que se produce en la línea. C modela el proceso de almacenamiento energético en forma de campo eléctrico que se produce en la línea. G modela la disipación de potencia que se produce por la no idealidad del medio dieléctrico (pérdidas dieléctricas). Estos son los 4 parámetros básicos también conocidos como Parámetros Primarios de una Línea de Transmisión los cuales están en función de la longitud y características físicas de la línea (Parámetros Distribuidos). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Perdidas Resistivas en una LT Uno de los principales problemas de los medios o canales de comunicación es la atenuación; este efecto puede considerarse intrínseco al medio de propagación, en el caso de los medios físicos, al material conductor ya que NO existen conductores perfectos los cuales no presenten pérdidas al paso de la corriente a través de ellos, así mismo, el material dieléctrico o aislante que separa a los 2 conductores tampoco es perfecto presentando pérdidas manifestadas en forma de pequeñas corrientes de fuga (sobre todo en presencia de altas frecuencias). Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 9 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Perdidas Resistivas en una LT El valor de las pérdidas resistivas de la línea R dependen de: – La Resistividad ( ) del material conductor del que está fabricada. – Su Geometría (forma). – La Distribución de la Densidad de Corriente (efecto piel). 2 2 I Frecuencia Baja (L.F. Low Frequency) I Frecuencia Media (M.F. Medium Frequency) I Frecuencia Alta (H.F. High Frequency) Campos Radiados Periferia del Conductor TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Perdidas Resistivas en una LT Una de las consecuencias del efecto pelicular es el “efecto de proximidad”, este se produce cuando se acercan o aproximan dos conductores que transportan una señal de RF y como consecuencia, da lugar a una redistribución de las corrientes que circulan por ellos en función del sentido de la misma. Conductores con Corrientes en el mismo sentidoConductores con Corrientes opuestas Alto Campo Magnético TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Pérdidas Resistivas en una LT Las pérdidas en el conductor son directamente proporcionales al cuadrado de la longitud de la línea e inversamente proporcionales a la impedancia característica; se puede decir, que se incrementa proporcionalmente a una razón aproximada de ( f )1/2. Para reducir las pérdidas en el conductor, se puede acortar la línea de transmisión o usar un conductor de mayor diámetro, con lo que se cambia la impedancia característica y en consecuencia la corriente. Otra forma de minimizar las pérdidas en el conductor es incrementando la conductividad y en una línea de RF puede ser por medio del revestimiento de la línea con plata. Ya que la mayoría de la corriente fluirá a través de la capa de plata. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Parámetros Primarios en LT a b Dieléctrico ( , ε, σ )Conductores (σ c ) Conduct or Central “a” Aislant e Cubierta Exterior Conductor Externo “b” o Malla Línea Coaxial (Alta Frecuencia) m 2 1 int ca R m 1 a 1 2 1 b R c T m F a b a b C r dT )ln( **2 )ln( *2 0 m H a bLext ln* 2 m a b G d 1 )ln( *2 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Parámetros Primarios en LT Línea Coaxial a b log 138 ln 2 1 10 22 0 r a b C L Z • La frecuencia de corte aproximada de un cable coaxial (es decir, la frecuencia en la que se empiezan a presentar otros modos de propagación diferentes al TEM) se puede obtener mediante la siguiente expresión: )22( 151.7 )( 2 ba GHzF r Corte A frecuencias superiores a este valor, otros modos de propagación dominan y la Zo de la línea empieza a ser dependiente de la frecuencia. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Parámetros Primarios en LT Línea Bifilar (Alta Frecuencia) m 1 ca R m F a d a dCosh C r dT )ln( ** ) 2 ( * 0 1 m H a d a dCoshLext ln*2 * 1 m S a dCosh G d ) 2 ( * 1 d Dieléctrico ( , ε, σ )Conductores (σ c ) a a )( a d log 276 2 1 10 1 0 r ext a dCosh C L Z * a<<d TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Se tiene una línea de transmisión tipo coaxial cuyo diámetro del conductor externo es de 8 mm y el del conductor interno es de 3 mm, el dieléctrico de la línea es teflón y el material del conductor es plata. Determine los parámetros primarios de la línea a una frecuencia de 100 MHz. Datos: • Diám ext. = 8mm • Diám. Int. = 3mm • σc = 6.17 x 10 7 /m • εr = 2.1 • = 4π x 10-7H/m • σd = 3.5032 x 10 -6 S/m • Tan δ = 0.3 x 10-3 m pF 119.055 5.1 4 ) x10.1(8.852* 2 -12 n C m S 441.22 5.1 4 )10 x (3.5032 2 -6 n G S/Tablas mS x Tgd / 10 x 503189.3 ) 10 x 8585.1)(10100)(2(10 x 0.3 6- 11-63- PROBLEMA 1 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Se tiene una línea bifilar fabricada con conductores de cobre cuyo diámetro es de 2 cm. separados 3cm. de sus centros por medio de mica. Determine los parámetros primarios de la línea. Datos: • cu= 5.8 x 10 7 • εr = 5.4 • = 4π x 10-7H/m • a = 1 x 10-2 m • d = 3 x 10-2 m • Tan δ (mica)= 0.6 x 10 -3 m pF 155.998 )2/3(h )4.5* 10 x 85.8( 1- -12 Cos C PROBLEMA 2 Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 10 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Determine la impedancia característica de una línea bifilar con dieléctrico de aire cuya relación de radio/distancia es de 12.22, además ¿Cuál sería el nuevo valor para la mínima distancia de separación posible? Datos: • d/a = 12.22 • r = 1 F/m 300(12.22)log*762log276 1010 2 0 a dZ r 084.83(2)log*762log276 1010 2 0 a dZ r PROBLEMA 3 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Determine la impedancia característica en alta y baja frecuencia para un cable coaxial tipo RG-59 A, el cual tiene las siguientes especificaciones: L = 0.118 µH/ft, C= 21 ρF/ft, d= 0.025 in, D= 0.15 in y emplea el polietileno como dieléctrico. 4313.71 in 0.025 in 0.15 log 26.2 138 100Z 96.74 10 x 21 10 x 118.0 12- -6 0 C L Z Para Bajas Frecuencias: Para Altas Frecuencias: PROBLEMA 4 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Se tiene una línea de transmisión coaxial cuyo diámetro del conductor externo es de10 mm y en el conductor interno 5 mm , para esta línea se usa un dieléctrico de teflón y el material conductor es plata. Determine los parámetros primarios a 100 Mhz. C = 167.61 pF/m L = 138.62 nH/m G = 31.73 S/m Rint = 0.16 /m RT= 0.24 /m Zo= 28.7164 PROBLEMA 5 TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Se tiene una línea de transmisión bifilar en la cual sus conductores están hechos de cobre 0.4mm de diámetro y 10 cm de separación entre sus centros. El material dieléctrico empleado es mica y la frecuencia de trabajo es de 10 khz, determine: 1. El factor de velocidad. 2. El tiempo que tardaría en recorrer una señal si la línea tiene una longitud de 5 km. 3. La impedancia característica. 4. La constante de atenuación. C = 24.1586 pF/m L = 2.4858 H/m G = 910.76126 pS/m R = 0.04152 /mZo= 320.7732 PROBLEMA 6 fp= 0.4303314 Vp= 129.09942 x 10 6 m/s td= 38.729 Seg TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN ECUACIÓN DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN. Es común emplear la denominación de Líneas de Transmisión exclusivamente para aquellos medios o canales de transmisión con soporte físico, susceptibles de guiar ondas electromagnéticas en modo TEM (Modo Electromagnético Transversal). Para lograr una propagación en modo TEM es necesario que existan al menos dos conductores eléctricos y un medio dieléctrico entre ambos (el cual puede ser aire o vacío inclusive). Ejemplos de líneas de transmisión bajo este de punta de vista tenemos: la línea bifilar, el cable coaxial y las líneas planares tales como la stripline, la microstrip. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN ECUACIÓN DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN. Cuando el modo de propagación es TEM, se pueden definir sin lugar a dudas tensiones y corrientes, donde el análisis electromagnético de la estructura (estudio de campos) no se hace imprescindible, siendo posible una representación circuital con parámetros distribuidos tal y como en el circuito equivalente de una Línea de Transmisión. Un segmento infinitesimal de línea de transmisión queda caracterizado, por cuatro parámetros distribuidos, conocidos también habitualmente como parámetros primarios de la línea de transmisión. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN ECUACIÓN DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN. Si la línea de transmisión es uniforme en toda su longitud y sin pérdidas (línea de transmisión no disipativa) entonces su comportamiento quedará completamente descrito por un parámetro único denominado impedancia característica, representada por Z0. La Z0 es la razón de la tensión compleja a la corriente compleja en cualquier punto de una línea de longitud infinita (o finita en longitud pero acabada en la una impedancia de valor a la impedancia característica). Cuando la línea de transmisión es sin pérdidas, la impedancia característica de la línea es un valor real. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Deduciendo la Ecuación de una LT de 2 Conductores Z= R + jωL R Δl Y = G + jωC V ( l+l, t )V ( l, t ) Δl l l+ Δl L Δl G Δl C Δl A B Normalmente se trabaja con líneas de estructura uniforme (sus parámetros y características físicas se mantienen constantes), por lo que es válido suponer que los parámetros primarios (R, L, C y G) son constantes a lo largo de la línea. Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 11 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN t z,ti z,ti z,tvz,tzv LR z t z,ti z,ti z z,tv LR t z,tzv z,tzvz,tziz,ti zCzG t z,tv z,tv z z,ti CG (1) (2) Aplicando la LVK, z,tzv t z,ti z,tiz,tv zLzR Aplicando la LIK, TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN De las ecuaciones anteriores se pueden plantear las siguientes: VCjG I ILjR V dz d dz d En el caso armónico en el tiempo se tiene: ][Retz,i ][Retz,v tj tj ezI ezV Ecuaciones Armónicas en el Tiempo de la LT. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Considerando la longitud de la LT infinita: V dz Vd 2 2 2 I dz Id 2 2 2 Constante de Propagación: CjGLjRj m/1 Soluciones: z o z o refinc z o z o refinc eIeI zIzIzI eVeV zVzVzV )()()( : Constante de atenuación (Np/m) : Constante de Fase (Rad/m) TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN PARÁMETROS DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN. La constante de propagación determina como varía las variable eléctricas de la línea en función de la longitud de la misma. Está conformada por la suma compleja de los coeficientes: – Coeficiente de Atenuación .- Toda señal que viaja por la LT se atenúa exponencialmente con la distancia a la velocidad de . Representa la parte Real de la Constante de Propagación , y está en función de los parámetros primarios de la LT (R, L, C y G). Su unidades son Neper/m, aunque es más común expresarla en dB/m existiendo la equivalencia 1 Np 8.689 dB. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN PARÁMETROS DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN. – Coeficiente de Fase .- Es la parte imaginaria de la constante de propagación y muestra la dependencia de fase de las ondas progresiva o incidente y regresiva o reflejada respecto a la longitud de la línea. Si la longitud “l” cambia en una longitud de onda “” (l l+), la fase de la onda debe cambiar en 2. 2 2)( TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Agrupando y simplificando las expresiones anteriores se tiene: zozozozo eIeILjReVeV dz d LjR I V o o LjR I V o o Y Para una línea de longitud teóricamente infinita con el generador ubicado en la extrema izquierda, NO existirán ondas reflejadas reduciéndose las expresiones a: zo eVzVzV zoeIzIzI zI zV Zo Este parámetro es conocido como Impedancia Característica (Zo). TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN La impedancia característica (Zo) de una línea de transmisión es una cantidad compleja que se expresa en ohms (), que idealmente es independiente de la longitud de la línea, y que no puede medirse directamente. Se define como la impedancia que se ve desde una línea infinitamente larga o la vista desde un largo finito de una línea terminada en una carga totalmente resistiva e igual a la impedancia característica de la línea. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Desarrollando: Notas : 1. y Z0 son propiedades características de una LT presente o no las característica de una longitud teóricamente infinita. 2. Z0 depende de los parámetros primarios: R, L, G, C y solamente, y NO de la longitud de la línea. oref ref inc inc Z jwCG jwLR jwLRjwCG jwLRjwLRjwLR I V I V Apuntes de la Experiencia Educativa LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, GUÍAS DE ONDA Y FIBRA ÓPTICA 12 M.C. Luis Héctor Porragas Beltrán © Ingeneiría en Electrónica y Comunicaciones - Veracruz TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Otro factor que provoca la distorsión en las líneas de transmisión es debido a las diferentes velocidades de propagación que sufren las diversas componentes en frecuencia de una señal siendo mayor para las altas frecuencias y menor para las bajas. La velocidad de propagación de las OEM es la velocidad de propagación de los planos de fase constante o velocidad de fase y está definida por las siguientes ecuaciones: s mVfVVV r Luz Pphasenpropagació 2 )()( 1 * Factor de Velocidad o Propagación. 11 LC Vp TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Donde es la constante de fase o parte imaginaria de la constante de propagación, y es la velocidad angular. En general, la relación entre ω y β es no lineal por la presencia de la raíz cuadrada. Esto lleva a que la velocidad de las ondas dependa de la frecuencia, fenómeno conocido como dispersión de un paquete de ondas ya que algunas componentes en frecuencia (armónicos según teoria de Fourier) viajan más rápido que otras. r medio medio ff V 1V 2 (luz) r 0)( TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Para modos de propagación TEM, en los que generalmente se puede considerar α= 0 (Línea de Baja Pérdida), la velocidad de propagación Vp a la que viaja la potencia de la señal es igual numéricamente a la velocidad de fase Vf. De manera tal que si “l” es la longitud total de la línea, el tiempo total que tarda un punto arbitrario con determinada fase en recorrer la distancia desde el generador hasta la carga es igual a: tardodeTiempo V tt p ddelay Re dt TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN FORMAS DE EXPRESAR LA LONGITUD DE UNA LT La longitud de una línea de transmisión relativa a la longitud de onda que se propaga en ella es una consideración importante cuando se analiza el comportamiento de una línea de transmisión. A frecuencias bajas ( grandes), el voltaje a lo largo de la línea permanece relativamente constante. Sin embargo, para frecuencias altas varias longitudes de onda de la señal pueden estar presentes en la línea al mismo tiempo, por lo tanto, el voltaje a lo largo de la línea puede variar de manera considerable. En consecuencia, la longitud de una línea de transmisión frecuentemente se da en función longitudes de onda, en lugar de dimensiones lineales. TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN FORMAS DE EXPRESAR LA LONGITUD DE UNA LT La longitud de una línea de transmisión se puede representar de diferentes maneras dependiendo del tipo de análisis y/o aplicación que se desarrolle estando entre las más útiles para el desarrollo de problemas de líneas de transmisión las siguientes: rLongitud Eléctrica )(1 )( mSeñalladeOndadeLongitud mLínealadeLongitud Longitud en Términos de Longitud en ° eléctricos .. min* PF deosTerenLongitud TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Se tiene una constante de fase de 0.039 Rad/Km. Determine la velocidad de fase y el tiempo de retardo en una línea de 100 km. PROBLEMA 1 skm Hz Vp / 10 x 10.161 km rad 039.0 ) 10 x 1(2 3 3 mSeg 62.0 /10 x 161.10 km 100 3 skm td Obteniendo la Velocidad de Fase Obteniendo el Tiempo de Retardo TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Suponga que se tiene una línea con un factor de velocidad de 0.85 la cual tiene una longitud física de 100 m, exprese la longitud de la línea en sus diferentes formas de representación (fseñal =1Mhz). PROBLEMA 2 m 117.6 (1.176)100mε m 100εeléctrica longitud rr de sen término Longitud 0.3921)( elec 166.06 0.85 )0.3921( 2 Eléctricos Gradosen Longitud TALLER DE LINEAS DE TRANSMISION M.C. LUIS H. PORRAGAS BELTRAN Considere una línea telefónica formada por dos conductores paralelos (a éste tipo de línea también se le denomina línea abierta) con los siguientes parámetros primarios: R= 10 Ω/Km, L= 4 mH/Km, C= 0.009 F/Km y G= 0.4 S /Km. Todos los parámetros de la línea se proporcionan a la frecuencia de 1kHz siendo ésta la frecuencia de prueba más utilizada según la norma internacional de fabricación. Determinar: a).- La impedancia característica b).-El voltaje de salida, si la longitud de la línea es de 10 Km y se tiene un voltaje de entrada de 100V. PROBLEMA 5
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