Atenuacion de las lineas de transmision

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1.- ATENUACIÓN EN LINEAS DE TRANSMISION
2.- OBJETIVOS.
a) GENERALES
· El objetivo del presente laboratorio es el de medir la atenuación que presenta una línea de transmisión para una longitud determinada en un sistema de comunicación.
b) ESPECIFICOS
El presente laboratorio tiene como objetivos específicos:
· Conocer el principio de las líneas de transmisión coaxiales.
· Comprender el principio de funcionamiento de un transceptor.
· Aprender el uso del watimetro.
· Medir la potencia entregada por el equipo transceptor, además de la Relación de ondas estacionarias
· Calcular la atenuación que presenta una línea de transmisión para una longitud determinada en un sistema de comunicación.
3.- FUNDAMENTO TEORICO.
Cualquier conductor o alambre puede considerarse como una línea de transmisión, sin embargo, tratándose de frecuencias cuyas magnitudes de onda son comparables a las dimensiones del circuito, se deberá planear en conductores especiales con características conocidas. El cable coaxial y el alambre paralelo (como el correspondiente a una entrada de Tv) con probablemente los tipos convencionales más conocidos. En altas frecuencias estas pueden tener perdidas considerables, de manera que pueden tomarse en cuenta otros tipos de líneas. Entre éstas se encuentran las guías de onda y los cilindros dieléctricos, las fibras ópticas.
Las líneas de transmisión de conductores paralelos son apropiadas para las aplicaciones de baja frecuencia, sin embargo, en las frecuencias altas, sus pérdidas por radiación y perdidas dieléctricas, asi como su susceptibilidad a la interferencia externa son excesivas. Por lo tanto, los conductores coaxiales se utilizan extensamente, para aplicaciones de alta frecuencia, para reducir las pérdidas y para aislar las trayectorias de transmisión.
El cable coaxial básico consiste de un conductor central rodeado por un conductor exterior concéntrico. A frecuencias de operación de relativamente altas, el conductor coaxial externo proporciona una excelente protección contra la interferencia externa, sin embargo a frecuencias de operación más bajas el uso de la protección no es costeable, además, el conductor externo de un cable coaxial generalmente está unido a tierra, lo que limita su uso a las aplicaciones desbalanceadas.
4. MATERIALES Y EQUIPOS.
a. HERRAMIENTAS
· Alicates y destornilladores
· Soldador (cautín) 
· Soldadura y pasta para soldar
b. INSTRUMENTOS
· Watimetro de VHF/50W max. En el rango de 140MHz a 180 MHz. **
· Transceptor de VHF, 20W(Transmisor de RF)**
· Multimetro analógico y digital. . 
c. COMPONENTES
· Cable coaxial RG-58 A/U 8 metros 50 (delgado) 
· Conectores PL-259(UHF) macho para cable delgado. 
· Carga Fantasma de 10 W max. En transmisión continua. 
PREINFORME.
Realice el análisis previo del laboratorio, investigue y responda al siguiente cuestionario.
1. Buscar tablas de fabricantes de los diferentes tipos de cables coaxiales de acuerdo a su impedancia, frecuencia de operación, diámetro y atenuación/metro.
R. 
2. Investigar sobre la relación de línea de transmisión larga y corta.
R. Se designan como parámetros primarios de la línea los siguientes: - Resistencia en serie por unidad de longitud, R, expresada en Ω/m. - Inductancia en serie por unidad de longitud en Hy/m. - Capacidad en paralelo por unidad de longitud, C, en fd/m. - Conductancia en paralelo por unidad de longitud, G, en S/m. La resistencia depende la resistividad de los conductores y de la frecuencia. En altas frecuencias, la resistencia aumenta con la frecuencia debido al efecto pelicular (skin), ya que la corriente penetra sólo una pequeña capa cercana a la superficie del conductor. La inductancia es consecuencia del hecho de que todo conductor por el que circula una corriente variable tiene asociada una inductancia. Como la línea está formada por dos o más conductores separados por un dieléctrico, constituye, por tanto, un condensador cuya capacidad depende del área de los conductores, su separación y la constante dieléctrica del material que los separa. Finalmente, la conductancia es consecuencia de que el dieléctrico no es perfecto y tiene resistividad finita, por lo que una parte de la corriente se “fuga” entre los conductores y, junto con la resistencia en serie contribuye a las pérdidas o atenuación en la línea.
3. Cuál es el efecto de la temperatura en una línea de transmisión.
R. Los conductores eléctricos en condiciones normales de operación presentan cambios en su resistencia y longitud como consecuencia de la elevación de temperatura. Al aumentar la temperatura, la actividad electrónica aumenta y hace que los electrones que se mueven en el sentido del campo eléctrico tengan un mayor número de choques y reduzcan su movilidad, aumentando por esto la resistencia eléctrica.
La curva de temperatura vrs resistencia de un material conductor es aproximadamente la siguiente:
	
La resistencia R2 a una temperatura T2, en función de la resistencia R1 a una temperatura T1 distinta de cero esta dada por la ecuación
Ecuación
En donde a es el coeficiente de corrección por temperatura, dado en C°-1
El factor de corrección se puede calcular a partir de la siguiente ecuación
Ecuación
Donde el valor de T, es el correspondiente a la intersección con el eje y de la curva de temperatura vrs resistencia de cada material conductor.
	
4. Que es el efecto pelicular.
R. En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor (figura a), pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro (figura b). Este fenómeno se conoce como efecto pelicular, efecto Kelvin o efecto skin. Este fenómeno hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmica o de corriente elevada. Este efecto es el causante de la variación de la resistencia eléctrica, en corriente alterna, de un conductor debido a la variación de la frecuencia de la corriente eléctrica que circula por éste.
El efecto pelicular se debe a que la variación del campo magnético, {\displaystyle {d\Phi \over dt}}es mayor en el centro, lo que da lugar a una reactancia inductiva mayor, y, debido a ello, a una intensidad menor en el centro del conductor y mayor en la periferia.
Este efecto es apreciable en conductores de grandes secciones, especialmente si son macizos. Aumenta con la frecuencia, en aquellos conductores con cubierta metálica o si están arrollados en un núcleo ferromagnético o huecos.
En frecuencias altas los electrones tienden a circular por la zona más externa del conductor, en forma de corona, en vez de hacerlo por toda su sección, con lo que, de hecho, disminuye la sección efectiva por la que circulan estos electrones aumentando la resistencia del conductor.
Este fenómeno es muy perjudicial en las líneas de transmisión que conectan dispositivos de alta frecuencia (por ejemplo un transmisor de radio con su antena). Si la potencia es elevada se producirá una gran pérdida en la línea debido a la disipación de energía en la resistencia de la misma.
5. Que es potencia incidente y onda reflejada.
R. Una línea de transmisión ordinaria es bidireccional; la potencia puede propagarse, igualmente bien, en ambas direcciones. El voltaje que se propaga, desde la fuente hacia la carga, se llama voltaje incidente, y el voltaje que se propaga, desde la carga hacia la fuente se llama voltaje reflejado. En forma similar, hay corrientes incidentes y reflejadas. En consecuencia, la potencia incidente se propaga hacia la carga y la potencia reflejada se propaga hacia la fuente. El voltaje y la corriente incidentes, siempre están en fase para una impedancia característica resistiva. Para una línea infinitamente larga, toda la potencia incidente se almacena por la línea y no hay potencia reflejada. Además, si la línea se termina en una carga totalmente resistiva, igual a la impedancia característica de la línea, la carga absorbe toda la potencia incidente (esto supone una línea sin pérdidas). Para una definiciónmás práctica, la potencia reflejada es la porción de la potencia incidente que no fue absorbida por la carga. Por lo tanto, la potencia reflejada nunca puede exceder la potencia incidente.
6. Investigar sobre las relaciones de ondas estacionarias ROE (SWR).
R. La relación de onda estacionaria (SWR), se define como la relación del voltaje máximo con el voltaje mínimo, o de la corriente máxima con la corriente mínima de una onda. A ello también se llama relación de voltajes de onda estacionaria. (VSWR). En esencia es una medida de la falta de compensación entre la impedancia de carga y la impedancia característica de la línea de transmisión.
La ecuación correspondiente es :
(Adimensional)
Los máximos de voltaje (Vmax) se presentan cuando las ondas incidentes y reflejadas están en fase ( es decir, sus máximos pasan por el mismo punto de la línea, con la misma polaridad) y los mínimos de voltaje(Vmin) se presentan cuando las ondas incidentes y reflejadas están desfasadas 180º. La ecuación queda:
7. Definir longitud de onda.
R. La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda.
8. A consecuencia de que factores se produce la onda reflejada.
R. Cuando no hay adaptación de impedancias, se produce una onda reflejada que viaja en sentido contrario a la onda incidente y cuya amplitud depende del valor de la desadaptación.
9. Que efectos produce la onda reflejada en un sistema de transmisión.
R. Cuando las ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia encuentra un objeto de conductividad o constante dieléctrica distinta al medio en que se mueve, parte de la energía se refleja, este grado de reflexión dependerá de la conductividad y la constante dieléctrica del obstáculo así como su tamaño comparado con la longitud de onda, puede producir efectos indeseables que puedan o no introducir en la recepción.
10. Que es acoplamiento de impedancias.
R. Es la unión de dos impedancias diferentes, para que haya transferencia de uno a otra. La eficaz transferencia de potencia de una etapa a otra se logra cuando las impedancias de ambas etapas se acoplen.
A veces en los circuitos eléctricos, se necesita encontrar la máxima transferencia de voltaje en vez de la máxima transferencia de potencia. En este caso lo que se requiere es encontrar el valor de impedancia donde la impedancia de carga sea mucho más grande que la impedancia de la fuente.
El concepto de emparejar la impedancia se desarrolló originalmente para la potencia eléctrica, pero fue generalizado a otros campos de la ingeniería donde cualquier forma de energía (no solamente la eléctrica) es transferida entre una fuente y una carga.
11. En que influye la carga al final de una línea de transmisión.
R. En primer lugar, la impedancia que se ve del otro lado (el equipo) dependerá por supuesto de la que tenga la carga, pero también de la longitud eléctrica del cable.
Es interesante ver lo que pasa cuando a un trozo de cable se le aplica una frecuencia tal, que en él quepa un cuarto de su longitud de onda. Si se lo termina en un cortocircuito, aunque parezca mentira, del otro lado se porta como un circuito abierto, para esa frecuencia.
Por el contrario, dejando un extremo abierto, en el otro se refleja un cortocircuito.
En pocas palabras, una línea de 1/4 le lleva la contra a la carga. Por lo tanto, si pensamos que una línea de 1/2 media longitud de onda son dos de 1/4 en cascada, entonces la 2a parte le llevará la contra a la 1a con lo cual a la entrada volvemos a encontrar la misma impedancia de la carga, ya sea un corto, un abierto, o cualquier otra cosa. Esto es lo que se llama línea sintonizada: un cable de cualquier impedancia, pero que mida media onda o un múltiplo de media onda, no transforma impedancia.
La otra consecuencia de tener una carga desadaptada, es que la tensión de RF no será la misma en todos los puntos de la línea, y la corriente tampoco.
Volviendo al caso exagerado del cortocircuito, es evidente que la tensión en este tipo de carga es cero. Si retrocedemos 1/4 de onda hacia el transmisor, recordando que ahí tenemos reflejado un circuito abierto, encontraremos una tensión alta. Retrocediendo otro 1/4 de onda, volveremos a encontrar un corto con tensión cero, y así sucesivamente.