Sistemas lineales

Líneas de transmisión

Una línea de transmisión (la cual denotaremos de aquí en adelante como L.T.) es esencialmente un sistema de materiales (que pueden ser metales y dieléctricos) que forman una trayectoria continua desde un lugar a otro y es capaz de dirigir la energía a lo largo de esta trayectoria.  Las L.T. son medios comúnmente usados en los sistemas de comunicaciones.

[pic 1]

Podemos hablar en general de tres grandes tipos de medios usados para enviar la señal de información desde la fuente hasta el destino y ellos son: las L.T., las guías de onda y la fibra óptica. Cada uno de estos medios es usado en diferentes partes de un sistema de comunicación y esto depende de diferentes factores tales como la frecuencia de la señal a enviar, el ancho de banda necesario, la distancia a cubrir, etc.

En la siguiente figura se muestra de manera muy simple las partes de una red en la cual se usan estos tres diferentes tipos de medios de transmisión.

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Cuando se analiza una L.T., generalmente se considera que su geometría y por tanto sus dimensiones en la sección transversal no varían, formándose así una línea de transmisión uniforme. En caso de que exista un cambio en la L.T. se dice que existe una discontinuidad en la L.T.

Cuando una onda senoidal se aplica a una L.T. infinita, la onda se propagara  a lo largo de la línea. La figura siguiente muestra una onda en tres tiempos diferentes propagándose a lo largo de la L.T. (debemos de notar que la cresta de la onda avanza a lo largo de la L.T.)

En una L.T. uniforme y sin perdidas, una onda de voltaje es acompañada por una onda de corriente de forma similar y estas dos ondas se propagaran sin algún cambio en sus amplitudes y formas a lo largo de la L.T.

[pic 3]

La longitud de onda λ se define como la distancia entre puntos consecutivos que tienen la misma fase eléctrica. Esta longitud de onda depende de la frecuencia de la señal y de la constante dieléctrica (la cual es una característica física de un medio) del medio en el cual la señal se esta propagando. En el espacio libre la velocidad de propagación de una onda electromagnética es de aproximadamente 3 x 10 8 metros/segundo (la cual se define como la velocidad de la luz en el vacío denotada por c).

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Sin embargo, en un medio diferente al espacio libre, la velocidad de propagación de una onda será reducida en un factor conocido como el factor de velocidad o índice de refracción  

[pic 5]                                        (1)

en donde [pic 6] es la constante dieléctrica relativa del medio.

La siguiente formula muestra la relación entre los factores que determinan la longitud de onda:

[pic 7]                                                (2)

        Una longitud de onda puede también ser definida como la distancia en la cual la fase cambia en 2π radianes (360 grados).

Líneas de transmisión balanceadas y desbalanceadas

Como podemos observar las L.T. son medios de transmisión usados en los sistemas de comunicaciones y se forman por dos o más materiales conductores (y/o semiconductores) en los cuales se propagan ondas de voltaje y de corriente cuya frecuencia puede ser muy variada.

Una de las primeras clasificaciones que puede hacerse con las L.T. es por la forma en la cual se distribuyen estas señales de voltaje y corriente en la L.T. (y la forma de propagación depende fundamentalmente de su estructura física), de acuerdo con esto podemos dividir a las L.T. en BALANCEADAS y DESBALANCEADAS.

Una L.T. Balanceada es aquella en la cual el voltaje y la corriente se propagan a lo largo de los dos conductores que forman la L.T.

Por lo tanto los valores de voltaje que se miden en diferentes puntos ubicados a lo largo de un conductor tienen la misma magnitud pero polaridad opuesta a los voltajes medidos en el otro conductor en los puntos simétricos, estos voltajes son medidos tomando como referencia un punto cuyo potencial sea nulo (tierra física).

La siguiente figura muestra este concepto

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Ejemplos típicos de este tipo de L.T. son las líneas usadas en telefonía domestica, las líneas usadas para telegrafía y las líneas de transmisión de alto voltaje.

En el caso más simple estas líneas se forman por dos conductores paralelos separadas por un dieléctrico o el aire y reciben el nombre de líneas bifilares.

Una L.T. Desbalanceada es aquella en la cual el voltaje y la corriente se propagan a lo largo de SOLO UNO de los dos conductores que la forman  y por tanto el voltaje solo se medirá en ese conductor y el otro conductor será tomado como punto de referencia y su voltaje será siempre nulo.

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