Crédito de la imagen de portada - Sajad-Hasan Ahmadi, Conectores de antena de TV, CC BY-SA 4.0
Puntos de discusión: Línea de transmisión
- Introducción
- Propósito de la línea de transmisión
- Análisis de línea de transmisión
- Tipos de línea de transmisión
- Aplicaciones de las líneas de transmisión
Introducción a la línea de transmisión
Una línea de transmisión es un cable especialmente diseñado para la transmisión de energía. Conduce únicamente ondas electromagnéticas a la carga a bajas frecuencias de forma guiada.
La línea de transmisión opera en dominio de frecuencia de microondas y dominio de radiofrecuencia donde la energía se asume como una onda electromagnética. Por eso, si algún cable puede guiar una señal electromagnética, entonces se le llamará línea de transmisión.
La línea de transmisión es el resultado de las investigaciones de James Maxwell, Lord Kelvin y Oliver Heaviside. La falla y los inconvenientes del "cable telegráfico del Atlántico" y la invención de la ecuación del telegrafista abrieron el camino hacia la línea.
Propósito de la línea de transmisión
Los cables regulares que transfieren energía eléctrica están diseñados para conducir energía a CA de frecuencia más baja. No pueden transportar energía en el rango FR o por encima de 30 kilohercios ya que la energía se desconecta en las uniones y conectores, y en algún momento no llega al destino. Estas líneas resuelven estos problemas. Están construidos especialmente para minimizar los reflejos y la pérdida de potencia y también utilizan la adaptación de impedancia para transportar potencia.
Estas líneas se construyen con un área de sección transversal uniforme. Es por eso que proporcionan una impedancia uniforme que se conoce en términos como impedancia característica.
Uso de línea de transmisión en antena
La longitud de onda de las ondas electromagnéticas se acorta a medida que aumenta la frecuencia de las ondas electromagnéticas. Las líneas de transmisión son cruciales porque cuando la longitud de onda es lo suficientemente corta, la longitud del cable contribuye al pasado de la longitud de onda.
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Análisis de la línea de transmisión
Asumimos un modelo de cuatro terminales de las líneas de transmisión para analizar la construcción y funcionamiento de las líneas. Es equivalente a un circuito típico de dos puertos.
Suponemos que el circuito es lineal, lo que significa que el voltaje complejo en cualquier puerto es relativo a la corriente compleja para la condición sin reflexión. Además, asumimos que dos de sus puertos son transponibles.
Características de la impedancia de la línea de transmisión.
La impedancia característica o (Z0) es un parámetro esencial de la línea. Puede definirse como la relación entre la magnitud del voltaje y la magnitud de la corriente de una onda, viajando a lo largo de una línea sin reflexión.
La impedancia de características controla el comportamiento de la línea solo si la línea es de longitud uniforme. Generalmente, para cables coaxiales, la impedancia característica tiene un valor de cincuenta a setenta ohmios, y para pares de alambres alabeados, el valor es de 100 ohmios. Para par sin trenzar, el valor es 300 ohmios.
Coeficiente de reflexión de la línea de transmisión
El coeficiente de reflexión de la línea viene dado por la relación entre la magnitud compleja de la señal reflejada y la señal entrante. Está representado por el alfabeto griego - Г y se expresa como -
donde V + es el voltaje complejo del voltaje entrante y V- es el voltaje complejo de la onda reflejada.
Tiene relación con la impedancia de carga y la impedancia característica. La expresión se da a continuación.
Aquí ZL es la impedancia de carga, y Z0 es la impedancia característica.
La relación de onda estacionaria también tiene relación con este coeficiente de reflexión de línea. La conexión se da como -
La relación entre la relación de onda estacionaria y el coeficiente de reflexión de la línea de transmisión.
Condición coincidente de la línea de transmisión:
El objetivo de una línea de transmisión es entregar la máxima potencia desde la fuente hasta la carga de destino y minimizar la reflexión y la pérdida de potencia. La condición 'emparejada' puede cumplir con este deseado. Si la impedancia de carga del destino se iguala o iguala al valor de la impedancia característica de la línea, entonces la línea alcanza la condición de "coincidencia".
En lugar de la condición "emparejada", la transmisión sufre alguna pérdida. Como pérdida óhmica. También hay otra pérdida sustancial que se produce cuando esta línea funciona en rangos de alta frecuencia. La pérdida se conoce como pérdida dieléctrica. Aquí, los elementos internos de estas líneas captan la energía EM y producen calor.
La pérdida agregada de esta línea se mide en la unidad dB / m. Las pérdidas dependen de la frecuencia de la señal, como se mencionó anteriormente. Las empresas constructoras de este suelen proporcionar un cuadro de pérdidas. Muestra la pérdida de potencia a diferentes frecuencias. Si alguna línea sufre una pérdida de tres decibelios / metro, entonces la potencia recibida en la carga será la mitad de la potencia suministrada.
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Tipos de líneas de transmisión
Estos vienen con ciertos tipos dependiendo de su estructura física y según las necesidades. Algunos de los tipos de líneas de transmisión esenciales y ampliamente utilizados se enumeran a continuación. Por favor revíselo y descúbrelos.
Cables coaxiales:
Es una de las formas de líneas más utilizadas. Restringe toda la onda EM dentro del cable. Por lo tanto, los cables coaxiales se pueden doblar, atar y torcer hasta cierto punto sin afectar la operación.
Sección transversal de cables coaxiales, crédito de imagen: Tkgd2007, Corte de cable coaxial, CC BY 3.0
Las ondas EM se promulgan en TEM o en modo eléctrico y magnético transversal Para las aplicaciones de rango de RF. Aquí, tanto el campo eléctrico como el magnético son perpendiculares a las direcciones promulgadas. El campo eléctrico se irradia y el campo magnético se vuelve circunferencial.
Si la longitud de onda de la onda es más corta que la circunferencia del cable coaxial, el TEM se divide en dos. Los modos se conocen entonces como TE o eléctrico transversal y TM o magnético transversal.
Los cables coaxiales tienen amplias aplicaciones para televisores. Se utilizó principalmente para teléfonos a mediados del siglo XX.
Líneas de transmisión microstrip:
Una red de microcinta es básicamente un pequeño plano conductor, colocado en paralelo a la superficie del suelo. Puede diseñarse colocando un plano metálico delgado y plano en el lateral de una PCB. La superficie opuesta debe ser el plano del suelo. La impedancia característica de la línea de tipo microbanda depende de esa tira conductora. La altura, el ancho y el coeficiente dieléctrico de la tira conductora proporcionan la impedancia característica. Un punto que debe recordarse es que la línea tipo microbanda es una estructura abierta mientras que el cable coaxial es cerrado.
Campo eléctrico y magnético de la línea de transmisión Microstrip,
Crédito de la imagen: Dassault
Líneas de transmisión de par trenzado:
En este tipo de línea, donde los pares de cables se ensamblan para formar una sola cadena o un cable, se conoce como líneas de transmisión de pares enredados. Este tipo de líneas se utilizan en comunicaciones telefónicas globales. Además, se ha utilizado en la circulación de datos dentro de los edificios. Este tipo no es económico por sus propiedades.
Imagen de tipos de par trenzado. Credito de imagen - chispa giratoria at en.wikipedia, Par trenzado, CC BY-SA 3.0
Quad estrella:
Star quad es otra formación de combinación de cables. Utiliza cuatro cables y todos los conductores de los cuatro cables están trenzados y ensamblados a lo largo del eje del cable. En esta formación, todos y cada uno de los pares utilizan un par lejano para conectarse.
La forma combinada de patrón retorcido, equilibrado y cuadripolar de las líneas de transmisión tiene varios beneficios, ya que reduce el ruido, particularmente para el uso de nivel de señal corto, como los cables del micrófono.
Imagen descriptiva de un cable cuádruple en estrella, Fuente de imagen - chispa giratoria at en.wikipedia, DM cuádruple, CC BY-SA 3.0
Este tipo de línea tiene aplicaciones en telefonía de cuatro hilos, aplicaciones de dos hilos.
También induce una alta capacitancia que provoca además distorsión y pérdidas.
Aplicaciones de las líneas de transmisión | Usos de las líneas de transmisión
Las líneas de transmisión tienen varios beneficios sobre los cables eléctricos normales en dominios específicos. Por eso tiene varias aplicaciones. Analicemos algunos de ellos.
- Las potencias electromagnéticas se suministran en dominios de alta frecuencia con pérdidas mínimas. Los cables de televisión y radio para conectar las antenas es uno de los ejemplos más famosos.
- Estos también se utilizan para la generación de pulsos cargando y descargando estas líneas. Un ejemplo significativo de este tipo de línea es la línea de transmisión Blumlein. Los radares también tienen múltiples aplicaciones de este tipo.
- Estos también se aplican en stub filtros. Los filtros stub normalmente se cablean en una conexión paralela y poder de transferencia desde el origen hasta los destinos.
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