MANUAL SISTEMAS VHF-FM ACTUALIZACION - 2017

LINEAS DE TRANSMISION Y ANTENAS

TIPOS DE LINEAS DE TRANSMISION.

Las líneas de transmisión sirven para transferir energía eléctrica a varias frecuencias, con pérdidas mínimas de un punto a otro.

La longitud de onda se puede determinar a partir de la frecuencia, por medio de:

[pic 1]

En donde K es el factor de velocidad dado por:

[pic 2]

C = velocidad de la radiación electromagnética en el espacio libre (3x108 m/s).

K = varía según el tipo de conductor, 0.66-0.98 para el caso de dos conductores en el aire.

Por lo tanto:

[pic 3]

λ = longitud de onda (m).

F = frecuencia de la señal considerada (Hz).

Para el caso de la energía eléctrica (60 Hz), la longitud del cable sería una fracción insignificante de la longitud de onda de potencia. El resultado de esto es que la fase de voltaje aplicado a través del alambrado de una casa está en fase con la fuente de voltaje. Pero si la longitud de la línea es una fracción significativa de una longitud de onda como es el caso de las altas frecuencias, el voltaje en diferentes puntos a lo largo de la línea difiere en fase con la fuente de voltaje. Por ejemplo para 163.000 Mhz la longitud de onda es:

[pic 4]

Por lo anterior, se deberán considerar al momento de utilizar una línea de transmisión varios parámetros con el fin de determinar la eficiencia de dicho cable y poder considerarlo apto para la transmisión de energía, dichos factores son:

1. IMPEDANCIA CARACTERISTICA. Cuando dos conductores están separados por un material dieléctrico, existen capacitancias e inductancias por unidad de longitud que son reactancias distribuidas a lo largo de la línea, es decir XL y XC. Al suponer una línea de transmisión que es infinita en longitud con una señal insertada en ella, la medición a la entrada de esta línea infinita es la impedancia característica de la línea expresada en ohms. En la práctica, es la impedancia característica medida en la entrada de una línea de longitud finita que está terminada en una impedancia igual a la característica. La ecuación de la impedancia característica basada en estos parámetros es:

Zo = ( L / C )1/2

Estos parámetros se expresan en picofaradios por metro y microhenrys por metro.

La línea de transmisión usada en este tipo de equipos de VHF-FM es el cable coaxial. Su

geometría es como sigue:

Otra forma de obtener la impedancia característica de una línea de transmisión, es basado en el material dieléctrico que hay entre el blindaje y el conductor central y por las dimensiones de ellos.

138

                                                          Zo = ----------- log D/d

                                                                       K1/2

Donde K es la constante dieléctrica del material y sus valores típicos son desde 1.2 hasta 2.5. Por ejemplo, para obtener la impedancia característica de un cable coaxial con las medidas siguientes:

D = 1.27 cm.

d = 0.39 cm

K = 2.0

Se obtiene:

138

                                                          Zo = ----------- Log 1.27/0.39

                                                                     21/2

Zo = 50 Ohms.

Podemos ver que la impedancia característica de los cables coaxiales es de 50 Ohms. Por lo tanto, con el fin de lograr la máxima transferencia de energía del transmisor a la antena, ésta deberá tener una impedancia igual a la del cable.

2.- RELACION DE ONDA ESTACIONARIA.- Las ondas estacionarias son las aparentes de voltaje o corriente que se presentan en una línea de transmisión o antena. Son estacionarias desde el punto de vista de que sus puntos máximos y mínimos se producen siempre en los mismos puntos físicos a lo largo de la línea o antena. Se crean ondas estacionarias cuando una línea no termina en su impedancia característica. En este caso las ondas incidentes del generador se reflejan hasta cierto punto al final de la línea. Las ondas reflejadas se combinan continuamente con las ondas incidentes, haciendo que se formen ondas estacionarias a lo largo de la línea. La razón de ondas estacionarias (SWR) es la de la corriente o voltaje máximo a lo largo de la línea a la corriente o voltaje mínimo en esa línea. Comúnmente se expresa como número mayor que uno.

SWR = VSWR - ISWR

VSWR = Vrms, max/Vrms, min

ISWR = Irms, max/Irms, min

Para una línea de bajas pérdidas la señal tendrá la misma intensidad al final de ella como la tuvo en el generador, pero si se deja abierta, la señal llega al extremo y en ausencia de una carga que absorba potencia, rebota o es reflejada. Conforme esta señal regresa hacia el generador puede sumarse o cancelarse con la onda directa. Esta formación de picos o nodos es lo que se llama relación de onda estacionaria y representa la máxima amplitud que la señal puede alcanzar. Está directamente relacionada con el grado de desacoplamiento entre la carga y la impedancia característica del cable.

SWR = RL/Zo

[pic 5]

√1 + Potencia reflejada/potencia transmitida

                        SWR = ------------------------------------------------------------

√1 - Potencia reflejada/potencia transmitida[pic 6]

Donde RL es la impedancia de la carga y Zo es la impedancia característica de la línea de Transmisión. La SWR en un acoplamiento considerándolo ideal es uno pero es difícil lograrlo por lo que si la relación obtenida es menor que 1 : 1 es aceptable.

ONDAS INCIDENTES Y REFLEJADAS.

Cuando existe una falta de coincidencia entre la impedancia característica de la línea de transmisión y la carga final, parte de la potencia transmitida por la línea se refleja de la carga y regresa por la línea. Esto produce ondas que van y vienen de corriente y voltaje sobre la línea. La razón del voltaje reflejado al incidente, se define como coeficiente de reflexión Kr.

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