Llínea de transmissió

Este artícul es referix a la llínea de transmissió de comunicacions. Per a informació sobre llínees de transmissió utilisades en les rets de transmissió i distribució elèctrica, vore Ret de transport d'energia elèctrica.

Per a les caixes acústiques de llínea de transmissió vore llínea de transmissió (caixa acústica).

Una llínea de transmissió és una estructura material de geometria uniforme utilisada per a transportar eficientemente l'energia d'radiofrecuencia des d'un punt a un atre; com pot ser d'un equip de transmissió a un atre, d'un transmissor a l'antena, entre atres aplicacions. Un paràmetro que la definix comunament és el seu impedència característica, sent els valors més comuns 50 i 75 ohms quan nos referim a un tipo particular de llínees de transmissió coneguts, en este cas, com a cables coaxials. Un eixemple típic de 75 ohms és el cable RG-6 el qual és usat per a l'envestiment del servici de televisió per cable residencial.

En avant utilisarem la denominació de llínea de transmissió exclusivament per a aquells mijos de transmissió en soport físic, susceptibles de guiar ones electromagnètiques en modo TEM (modo travesser electromagnètic). Un modo TEM es caracterisa pel fet de que tant el camp elèctric, com el camp magnètic que formen l'ona són perpendiculars a la direcció en que es propaga l'energia; sense existir, per tant component dels camps en la direcció axial (direcció en que es propaga l'energia).

Per a que existixquen propagació energètica en modo TEM, és necessari que existixquen a lo manco dos conductors elèctrics i un mig dielèctric entre abdós (que pugues inclús ser aire o buit). Eixemples de llínees de transmissió són el cable bifilar, el cable coaxial, i llínees planars tals com la stripline, la microstrip...

Quan el modo de propagació és TEM, és possible definir, sense ambigüitat, tensions i corrents, i l'anàlisis electromagnètic de l'estructura (estudi de camps) no es fa imprescindible, sent possible una representació circuital en paràmetros distribuïts, tal i com ací es tracta en posterioritat.

Aixina podem dir que el model circuital equivalent d'un tram de llínea de transmissió ideal de llongitut infinitesimal dz està compost per una bobina serie que representa la autoinducción L de la llínea de transmissió per unitat de llongitut (mida en H/m), i un condensador en paralel per a modelar la capacitat per unitat de llongitut C de dimensions F/m.

Quan la llínea de transmissió introduïx pèrdues, deixa de tindre un caràcter ideal i és necessari ampliar l'equivalent circuital anterior afegint dos nous elements: una resistència serie R, que caracterisa les pèrdues òhmiques per unitat de llongitut generades per la conductivitat finita dels conductors, i que es medix en Ω/m, i una conductància en paralel G, en dimensions de S/m (o Ω-1m-1), per a representar les pèrdues que es produïxen en el material dielèctric per una conductivitat equivalent no nula, lo que dona lloc al circuit equivalent de la següent figura:

Les equacions que rigen $V (z)$ i $I (z)$ en dependència harmònica en el temps en una llínea de transmissió són les següents:

V (z) = V_{0}^{+} e^{- γ z} + V_{0}^{-} e^{+ γ z}

I (z) = I_{0}^{+} e^{- γ z} + I_{0}^{-} e^{+ γ z}

Resenya històrica

L'anàlisis matemàtic del comportament de la transmissió d'ones electromagnètiques es va realisar gràcies als treballs de James Clerk Maxwell, Lord Kelvin i, principalment, Oliver Heaviside.

En 1855, Lord Kelvin va formular un model de difusió per a la corrent en un cable submarí. Este model va predir correctament el pobre eixercite que tindria el cable submarí transatlàntic de 1858. En 1885, Heaviside va publicar els primers documents sobre l'estudi de la llínea de transmissió, en els que descrivia el seu anàlisis de propagació en cables i la forma actual de les equacions del telégraf.^[1]

Modelació en cuadripolo

Per a propòsits d'anàlisis, una llínea de transmissió pot modelar-se en un cuadripolo (també cridada ret bipuerto) com seguix:

Archiu:LíneaTx.jpg

En el cas més simple d'estudi, assumirem que la ret és llineal (açò és, la resposta a una combinació llineal de vàries excitació, és una combinació llineal de les respostes que tindria la ret per a cada una de les excitació per separat, o dit d'una atra forma és aplicable el principi de superposició). Ademés la ret és recíproca i simètrica (és dir, abdós ports són intercanviables).

Si la llínea de transmissió és uniforme en tota la seua llongitut i sense pèrdues (llínea de transmissió no disipativa) llavors el seu comportament estarà enterament descrit per un únic paràmetro cridat impedència característica, representada per Z₀. Esta és la raó de la tensió complexa a la corrent complexa en qualsevol punt d'una llínea de llongitut infinita (o finita en llongitut pero terminada en l'una impedència de valor igual a l'impedència característica). Quan la llínea de transmissió és sense pèrdues, l'impedència característica de la llínea és un valor real. Alguns valors típics de Z₀ són 50 i 75 ohms per a un cable coaxial comú, 100 ohms per a un parell trenat i més o menys 300 ohms per a un parell de coure usat en radiocomunicació.

Quan s'envia potència a través d'una llínea de transmissió, lo més desijable és que tota eixa potència enviada siga transmesa a la càrrega, sense que existixca potència reflectida cap a la font. Esta condició ideal es conseguix fent que les impedència de font i càrrega siguen cada una iguals a Z₀, cas en el qual es diu que la llínea de transmissió està adaptada.

En les llínees reals part de la potència que s'envia a través de la llínea de transmissió es dissipa (es pert) per l'efecte resistivo. Esta pèrdua es diu pèrdua resistiva o pèrdua òhmica. En altes freqüències, es fa significatiu un atre tipo de pèrdua, cridat pèrdua per dielèctric, que s'agrega a la pèrdua resistiva. La pèrdua per dielèctric és causada quan el material dielèctric que forma part de la llínea de transmissió absorbix energia del camp elèctric altern i la convertix en calor.

La pèrdua total de potència en una llínea de transmissió es coneix com atenuació i s'especifica en unitats de decibel per metro o neperio per metro. l'atenuació generalment depén de la freqüència de la senyal. Els fabricants de llínees de transmissió acostumen adjuntar als seus productes el full de característiques que conté les atenuació en dB/m per a un ranc determinat de freqüències. Una atenuació de 3 dB correspon, aproximadament, a la pèrdua de la mitat de certa potència.

Es pot definir com a llínea de transmissió d'alta freqüència a aquelles que estan específicament dissenyades per a transmetre ones electromagnètiques que les seues llongituts d'ona són chicotetes (alta freqüència) i, per tant, comparables a l'extensió completa de la llínea. Baixe estes condicions, la llongitut física de la llínea pot ser menuda, pero ya que el tamany de la llínea és comparable a la llongitut d'ona, les aproximacions útils per a baixes freqüències, que assumixen propagació energètica instantànea entre dos punts separats d'un mateix conductor, deixen de tindre sentit i es posen de manifest fenomens de retardo en la propagació. Açò ocorre en les senyals de radi, de microones i òptiques, i en les senyals que es troben en els circuits digitals d'alta velocitat.

Vore també

Llínea de transmissió planar

Referències

↑ Ernst Weber and Frederik Nebeker, The Evolution of Electrical Engineering, IEEE Press, Piscataway, New Jersey USA, 1994 ISBN 0-7803-1066-7

Bibliografia

Electromagnetisme: Llínees de Transmissió Facultat d'Ingenieria, Universitat de Buenos Aires.
Electromagnetisme: Llínees de Transmissió, adaptació de impedència Facultat d'Ingenieria, Universitat de Buenos Aires Argentina.

Llínees de transmissió - Introducció : https://www.youtube.com/watch?v=icMdQi8rk90

Llínees de transmissió - Concepte: https://www.youtube.com/watch?v=2UyWfdjX8I4

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Línea de transmisión» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Ernst Weber and Frederik Nebeker, The Evolution of Electrical Engineering, IEEE Press, Piscataway, New Jersey USA, 1994 ISBN 0-7803-1066-7

[1]