Microondas conceptos basicos
- 1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRONICA EXTENSIÓN MATURÍN Alumno: Luis Anton. C.I V- 12.664.997 Microondas Escuela 44 Materia Virtual Profesor: Cristóbal Espinoza
- 2. Introducción En las comunicaciones, las líneas de transmisión llevan señales telefónicas, datos de computadoras en LAN, señales de televisión en sistemas de Televisión por cable y señales de un transmisor a una antena o de una antena a un receptor. Las líneas de transmisión son enlaces importantes en cualquier sistema. En el presente trabajo definimos brevemente los conceptos básicos de líneas de transmisión, sus secciones elementales en el cableado, diferencia de potencial entres los conductores su propagación de ondas electromagnéticas e ilustramos el espectro de frecuencias y longitud de ondas utilizadas para cada área.
- 3. Líneas de Transmisión Ideal Una Línea de Transmisión es una estructura material de geometría uniforme utilizada para transportar eficientemente la energía de radiofrecuencia desde un punto a otro; como puede ser de un equipo de transmisión a otro, de un transmisor a la antena, entre otras aplicaciones. Un parámetro que la define comúnmente es su impedancia característica, siendo los valores más comunes 50 y 75 ohmios cuando nos referimos a un tipo particular de líneas de transmisión conocidos, en este caso, como cables coaxiales. Un ejemplo típico de 75 ohmios es el cable RG-6 el cual es usado para la acometida del servicio de televisión por cable residencial. En adelante utilizaremos la denominación de Líneas de Transmisión exclusivamente para aquellos medios de transmisión con soporte físico, susceptibles de guiar ondas electromagnéticas en modo TEM (modo transversal electromagnético). Un modo TEM se caracteriza por el hecho de que tanto el campo eléctrico, como el campo magnético que forman la onda son perpendiculares a la dirección en que se propaga la energía; sin existir, por tanto componente de los campos en la dirección axial (dirección en que se propaga la energía). Para que existan propagación energética en modo TEM, es necesario que existan al menos dos conductores eléctricos y un medio dieléctrico entre ambos (que puede incluso ser aire o vacío). Ejemplos de líneas de transmisión son el cable bifilar, el cable coaxial, y líneas planares tales como la stripline, la microstrip. Cuando el modo de propagación es TEM, se pueden definir, sin ambigüedad, tensiones y corrientes, y el análisis electromagnético de la estructura (estudio de campos) no se hace imprescindible, siendo posible una representación circuital con parámetros distribuidos. Así podemos decir que el modelo circuital equivalente de un tramo de línea de transmisión ideal de longitud infinitesimal dz está compuesto por una bobina serie que representa la autoinducción L de la línea de transmisión por unidad de longitud (medida en
- 4. H/m), y un condensador en paralelo para modelar la capacidad por unidad de longitud C de dimensiones F/m. Fig. 1 Fig. 1 Secciones Elementales Una sección elemental de cable consta normalmente de varios largos de fabricación empalmados. Los requisitos aplicables a los largos de fabricación. Los parámetros de transmisión de las secciones elementales de cable deben tener en cuenta no sólo el comportamiento de cada largo de cable, sino también, entre otras cosas, factores tales como las pérdidas en los empalmes y en los conectores (en su caso). Atenuación La atenuación A de una sección elemental de cable viene dada por: donde an = coeficiente de atenuación de la n-ésima fibra de la sección elemental de cable, Ln = longitud de la n-ésima fibra, m = número total de fibras concatenadas en una sección elemental de cable, as = pérdida media por empalme, X = número de empalmes de la sección elemental de cable, ac = pérdida media por conector de línea, y = número de conectores de línea en una sección elemental de cable (en su caso).
- 5. Debe preverse un margen adecuado para futuras modificaciones de la configuración del cable (empalmes suplementarios, largos de cable suplementarios, efectos de envejecimiento, variaciones de temperatura, etc.). La ecuación indicada no comprende la pérdida de conectores de equipo. Para la pérdida de los empalmes y conectores se utiliza la pérdida media. En el presupuesto de atenuación es aplicado para el diseño de un sistema real han de tenerse en cuenta las variaciones estadísticas de esos parámetros. Diferencia del Potencial Entre Conductores de la Línea Las corrientes en la línea están acompañadas de un campo magnético. La inductancia distribuida de la línea es una medida de la energía almacenada en este campo magnético en una unidad de longitud de línea y por unidad de corriente. Existe pérdida de potencia a medida que las corrientes de línea fluyen por los conductores. La resistencia distribuida de la línea es una medida de la pérdida de potencia en la unidad de longitud de la línea y por unidad de corriente. La diferencia de potencial de la línea está asociada a un campo eléctrico. La capacitancia distribuida es una medida de la energía almacenada en este campo, en la unidad de longitud de la línea por unidad de diferencia de potencial. Existe pérdida de potencia en el espacio entre los conductores. La conductancia distribuida de la línea es una medida de esta pérdida, en la unidad de longitud de la línea por unidad de tensión. Cuando se envía potencia a través de una línea de transmisión, lo más deseable es que toda esa potencia enviada sea transmitida a la carga, sin que exista potencia reflejada hacia la fuente. Esta condición ideal se logra haciendo que las impedancias de fuente y carga sean cada una iguales a Z0, caso en el cual se dice que la línea de transmisión está adaptada. En las líneas reales parte de la potencia que se envía a través de la línea de transmisión se disipa (se pierde) debido al efecto resistivo. Esta pérdida se llama pérdida
- 6. resistiva o pérdida óhmica. En altas frecuencias, se hace significativo otro tipo de pérdida, llamado pérdida por dieléctrico, que se agrega a la pérdida resistiva. La pérdida por dieléctrico es causada cuando el material dieléctrico que forma parte de la línea de transmisión absorbe energía del campo eléctrico alterno y la convierte en calor. La pérdida total de potencia en una línea de transmisión se conoce como atenuación y se especifica en unidades de decibel por metro o neperio por metro. La atenuación generalmente depende de la frecuencia de la señal. Los fabricantes de líneas de transmisión acostumbran adjuntar a sus productos la hoja de características que contiene las atenuaciones en dB/m para un rango determinado de frecuencias. Una atenuación de 3 dB corresponde, aproximadamente, a la pérdida de la mitad de cierta potencia. Propagación de Ondas Electromagnéticas Transversales La propagación de energía eléctrica a lo largo de la línea de transmisión ocurre en forma de ondas electromagnéticas transversales (TEM). Una onda es un movimiento oscilatorio. La vibración de una partícula produce vibraciones similares en las partículas cercanas. Una onda TEM se propaga principalmente en un no conductor (dieléctrico) que separa los dos conductores de una línea de transmisión. Por lo tanto, una onda viaja o se propaga a través de un medio. Para una onda transversal, la dirección de desplazamiento es perpendicular a la dirección de propagación. Una onda superficial de agua es una onda longitudinal. Una onda en donde el desplazamiento está en la dirección de propagación se llama onda longitudinal. Las ondas de sonido sen longitudinales. Una onda electromagnética (EM), se produce por la aceleración de una carga eléctrica. En un conductor, la corriente y el voltaje siempre están acompañados por un campo eléctrico (E) y un campo magnético (II), en la región de espacio colindante. Las ondas electromagnéticas que viajan a lo largo de una línea de transmisión, desde la fuente a la carga, se llaman ondas incidentes, y aquellas que viajan desde la carga
- 7. nuevamente hacia la fuente se llaman ondas reflejadas. Características de las ondas electromagnéticas. Velocidad de onda: Las ondas viajan a distintas velocidades, dependiendo del tipo de onda y de las características del medio de propagación. Espectro de frecuencias y longitud de Onda Frecuencia: Es el número de vibraciones u oscilaciones completas que efectúan por segundo. Longitud de Onda: La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. La longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda.
- 8. Espectro de frecuencias y longitud de Ondas en las Siguientes Graficas: Bandas del Espectro Electromagnético Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.
- 9. Radiofrecuencia En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son: Microondas Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como múltiples dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos microondas.
- 10. Conclusión Se concluye que las líneas de transmisión en el área de las comunicaciones existen dos fundamentos básicos y requerimientos principales en una línea de transmisión: 1) la líneas deberá introducir la mínima atenuación y distorsión a la señal y 2) la línea no deberá radiar señal alguna como energía radiada. Todas las líneas de transmisión y sus conectores se diseñan con estos requerimientos, en este mismo orden estudiamos sus secciones elementales los parámetros de transmisión de las secciones elementales de cable deben tener en cuenta no sólo el comportamiento de cada largo de cable, sino también, entre otras cosas, factores tales como las pérdidas en los empalmes y en los conectores que es el primer requerimiento para una línea de transmisión. Obtenemos el conocimiento claro y visible del espectro de frecuencias y su longitud de onda sus magnitudes y unidad como se diferencia las distintas ondas. Sin lugar a dudas este estudio de líneas de transmisión bastante complejo y dependiendo de la fase del proyecto y estructura que se requiera para un proyecto determinado se aplicaran estos conceptos básicos del cual forman parte importante en el diseño y elección de dispositivos y equipos para su debido de funcionamiento.