Primera Asignación a cargo del facilitador

Objeto de aprendizaje:

Líneas de Transmisión.

A. Trabajo de Investigación.

I.- Describa las propiedades eléctricas y físicas de una línea de transmisión (una cuartilla, máximo).

Las características de una línea de transmisión se determinan por sus propiedades eléctricas, como la conductancia de los cables y la constante dieléctrica del aislante, y sus propiedades físicas, como el diámetro del cable y los espacios del conductor.Estas propiedades, a su vez, determinan las constantes eléctricas primarias: * resistencia de CD en serie ( R ), * inductancia en serie ( L ), * capacitancia de derivación ( C ), * y conductancia de derivación ( G ). La resistencia y la inductancia ocurren a lo largo de la línea, mientras que entre los dos conductores ocurren la capacitancia y la conductancia. Las constantes primarias se distribuyen de manera uniforme a lo largo de la línea, por lo tanto, se les llama comúnmente parámetros distribuidos.Los parámetros distribuidos se agrupan por una longitud unitaria dada, para formar un modelo eléctrico artificial de la línea. Las características de una línea de transmisión se llaman constantes secundarias y se determinan con las cuatro constantes primarias. Las constantes secundarias son impedancia característica y constante de propagación.

• Una línea de transmisión está formada por, al menos, dos conductores: si pensáis en el cable de la televisión, fijaos en que es un cable coaxial, con un conductor dentro y otro fuera • Los conductores están en un medio dieléctrico, es decir, aislante: una vez más, si pensamos en el cable de la televisión, tenemos que los dos conductores están separados por el plástico.

• La disposición de los dos conductores es siempre igual. Si tomamos como ejemplo de línea de transmisión el cable de la antena, podemos cortar el cable en cualquier punto y la sección que veremos será exactamente la misma en todos los puntos, de manera que no ha cambiado su sección transversal. La sección transversal permite, incluso, clasificar las líneas de transmisión.

II.- Investiga cuáles son las diferentes pérdidas que se pueden tener en una línea de transmisión de señales (máximo una cuartilla).

Para propósitos de análisis se consideran las líneas sin perdidas o ideales, como todo en la electrónica se considera ideal, pero no lo son. En las líneas existen ciertos tipos de pérdidas a continuación haré una breve descripción de ellas.PÉRDIDA DEL CONDUCTOR:

Como todos los materiales semiconductores tienen cierta resistencia finita, hay una pérdida de potencia inherente e inevitable.PÉRDIDA POR RADIACIÓN:

Si la separación, entre los conductores en una línea de transmisión, es una fracción apreciable de una longitud de onda, los campos electroestáticos y electromagnéticos que rodean al conductor hacen que la línea actúe como antena y transfiera energía a cualquier material conductor cercano.PÉRDIDA POR CALENTAMIENTO DEL DIELÉCTRICO:

Una diferencia de potencial, entre dos conductores de una línea de transmisión causa la pérdida por calentamiento del dieléctrico. El calor es una forma de energía y tiene que tomarse de la energía que se propaga a lo largo de la línea. Para líneas dieléctricas de aire, la pérdida de calor es despreciable. Sin embargo, para líneas sólidas, se incrementa la pérdida por calentamiento del dieléctrico con la frecuencia.PÉRDIDA POR ACOPLAMIENTO:

La pérdida por acoplamiento ocurre cada vez que una conexión se hace de o hacia una línea de transmisión o cuando se conectan dos partes separadas de una línea de transmisión. Las conexiones mecánicas son discontinuas (lugares donde se encuentran materiales diferentes). Las discontinuidades tienden a calentarse, a radiar energía, y a disipar potenciaCORONA (DESCARGAS LUMINOSAS)

La corona es una descarga luminosa que ocurre entre los dos conductores de una ‘línea de transmisión, cuando la diferencia de potencial, entre ellos, excede el voltaje de ruptura del aislante dieléctrico. Generalmente, una vez que ocurre una corona, se puede destruir la línea de transmisión.

III.- Líneas resonantes y no resonantes (máximo una cuartilla)

Una línea sin potencia reflejada se llama línea no resonante o plana. En una línea plana, el voltaje y la corriente son constantes, a través de su longitud, suponiendo que no hay pérdidas. Cuando la carga es un cortocircuito o circuito abierto, toda la potencia inciden te se refleja nuevamente hacia la fuente. Si la fuente se reemplazara con un circuito abierto o cortocircuito y la línea no tuviera pérdidas, la energía que está presente en la línea se reflejaría de un lado a otro (oscilara), entre las terminaciones de

la carga y la fuente, en forma similar a la potencia en un circuito tanque. Esto se llama línea resonante. En una línea resonante, la energía se transfiere en forma alternada entre los campos magnéticos y eléctricos de la inductancia y la capacitancia distribuidas.

Una línea no resonante es aquella que no presenta ondas estacionarias ni de corriente ni de tensión. Además es infinitamente larga o termina en su impedancia característica

III.1. Define qué y cómo son.

– Líneas Resonantes:

• La energía se refleja entre las terminales de la carga y la fuente.

• Y se transfiere en forma alternada entre los campos magnéticos y eléctricos de la inductancia y capacitancia distribuidas.

– Líneas No Resonantes:

• No presenta potencia reflejada.

III.2. ¿Qué es el coeficiente de reflexión y cómo se calcula? Define ampliamente cada uno de los conceptos que ahí se utilizan.

Es una cantidad vectorial que representa la relación del voltaje reflejado entre el voltaje incidente, o la corriente reflejada entre la corriente incidente.

La relación entre la amplitud de la onda reflejada y la onda incidente, o la cantidad de energía que se refleja. Si la onda posee incidencia normal, su coeficiente de reflexión puede ser expresado de la siguiente manera: Los valores habituales de R son aproximadamente -1 del agua al aire, lo que significa que casi un 100% de la energía se refleja y ningún porcentaje se transmite; 0,5 del agua a la roca; y 0,2 de la lutita a la arena. En el caso de la incidencia no normal, el coeficiente de reflexión definido como una relación de amplitudes depende de otros parámetros, tales como las velocidades de corte, y se describe como una función del ángulo de incidencia en las ecuaciones de Zoeppritz.

El voltaje incidente es el voltaje que se propaga desde la fuente hacia la carga.

El voltaje reflejado es el que se propaga de la carga a la fuente. Y corrientes incidentes y reflejada cumple la misma condicion

III.3. ¿Qué es una onda estacionaria, por qué se presenta y cuál es el parámetro que es importante determinar aquí? Define claramente dicho parámetro.

• Línea acoplada:

– La carga absorbe toda la potencia incidente

– Zo = ZL

– Línea no acoplada:

– Parte de la potencia incidente es absorbida por la carga y parte es reflejada hacia la fuente (línea descompensada).

– Presentan ondas viajeras.

– Estas establecen un patrón de interferencia conocida como onda estacionaria.

• Relación de ondas estacionarias (SWR).

– Es la relación del voltaje máximo con el voltaje mínimo

– O de la corriente máxima con la corriente mínima de una onda estacionaria en una línea de transmisión.

– Cuando la carga es puramente resistiva:

• Ondas estacionarias en una línea abierta.

– Si las ondas alcanzan una terminación abierta se reflejan nuevamente hacia la fuente.

– Características:

SWR=V.max = Zo V.min ZL

1. La onda incidente de voltaje se refleja de nuevo (sin desfasaje).

2. La onda incidente de la corriente se refleja nuevamente 180° de cómo habría continuado.

3. La suma de las formas de ondas de corrientes reflejada e incidente es mínima a circuito abierto.

4. La suma de las formas de ondas de corriente reflejada e incidente es máxima a circuito abierto

• Ondas estacionarias en una línea en corto circuito.

– El voltaje incidente y las ondas de corriente se reflejan nuevamente de la manera opuesta.

– Características:

1. La onda estacionaria de voltaje se refleja 180° invertidos de cómo habría continuado.

2. La onda estacionaria de corriente se refleja hacia atrás como si hubiera continuado.

3. La suma de las formas de ondas incidentes y reflejadas es máxima en corto

B. Problemas.

1.- Determina la impedancia característica para una línea de transmisión dieléctrica de aire con una relación D/r = 8.8.

2.- Determina la impedancia característica para un cable coaxial con inductancia L = 0.2 μH/pie y capacitancia C = 16 pF/pie.

L=inductancia= 0.2 μH/pie

C = 16 pF/pie

Zo=√ LC=√ 0.216 =0.11180 ohmios

3.- Determina la relación de onda estacionaria (SWR) para una línea de transmisión con amplitud de onda estacionaria de voltaje máximo igual a 6 Voltios y amplitud de onda estacionaria de voltaje mínimo igual a 0.5 Voltios.

SWR=VmaxVmin

= 60.5

=12Volts

4.- Determina la relación de onda estacionaria (SWR) para una línea de transmisión de impedancia 75 Ω, que está terminada en una resistencia de carga de ZL = 75 Ω.

SWR=ZoZl

=7575

=1Volts

Esta Asignación tiene un valor de 3 puntos de los 10 que están considerados para las Asignaciones a cargo del facilitador.

Preparó:

Salvador Sánchez Cuevas

Facilitador

Noviembre de 2014

http://www.exabyteinformatica.com/uoc/Fisica/Fisica_II_ES

http://proton.ucting.udg.mx/temas/comunicaciones/lineas/anel.htm

Sistemas de comunicaciones electrónicas Escrito por Wayne Tomasi