VOLTAJE Y CORRIENTE EQUIVAALENTE

VOLTAJE Y CORRIENTE EQUIVALENTE EN SISTEMAS MICROONDAS

RESUMEN: Como en cualquier circuito eléctrico normal de corriente alterna y continua se pueden realizar mediciones de voltaje, corriente y resistencia bajo la ley de Ohm, pero en el caso de microondas el tema es mucho más complejo donde no se puede medir de forma directa voltajes o corrientes, pero al final es útil definir en terminales, los voltajes o corrientes en microondas.

PALABRAS CLAVE: Voltaje, Corriente, Potencia, líneas de transmisión TEM y NO-TEM, leyes de Kirchhoff

1 INTRODUCCIÓN

La medición de voltaje y corriente en circuitos que operen a alta frecuencia puede tornarse virtualmente imposible a menos que existan un par de terminales disponibles para ello. Usualmente este par de terminales están disponible en líneas de tipo TEM como el cable coaxial, línea de microtira o líneas de tira. Ese no es el caso de las líneas no-TEM como las guías de onda rectangulares, circulares o de superficie.

En este trabajo se dará respuesta a la medición de ondas de voltaje y corriente equivalentes en un sistema de microondas.

2 DESARROLLO DE LA INFORMACIÓN

A continuación se explicará brevemente los conceptos para hallar el voltaje y corriente equivalentes en un sistema microondas y la aplicación de la ley de Kirchhoff en un circuito eléctrico.

2.1 LÍNEAS TEM Y NO-TEM

En el caso de líneas de transmisión TEM, el voltaje V se considera como la integral del campo eléctrico desde el conductor de carga positivo hasta el de carga negativa. Su expresión estándar es M. En estructuras que soportan modos TEM se define unívocamente ondas de voltaje o decorriente en cada coordenada longitudinal.

La corriente que fluye en el conductor positivo se determina a través de la ley de Ampere como M.

En el caso de líneas no-TEM, se define el voltaje como la integral del campo eléctrico transversal entre dos puntos y la corriente como la circulación del campo magnético. Los voltajes y corrientes equivalentes se pueden definir siguiendo ciertas consideraciones:

• El voltaje y corriente son definidos solo para un modo particular de guía de onda. Son definidos de manera tal que el voltaje es proporcional a la corriente eléctrica transversa y la corriente es proporcional al campo magnético transversal.

• La razón entre el voltaje y la corriente para una única onda de propagación debe ser igual a la impedancia característica de la línea. Esta impedancia debe ser escogida arbitrariamente pero usualmente es seleccionada igual a la impedancia de la línea de transmisión o normalizada a la unidad.

• Para ser útiles tal como lo son los voltajes y corrientes en la teoría de circuitos, los voltajes y Corrientes equivalentes deben ser definidos de tal manera que su multiplicación sea igual al flujo de potencia o al modo de la guía de onda.

En conclusión y de acuerdo a lo expuesto anteriormente, definimos un voltaje y corriente equivalentes como aquellos NÚMEROS COMPLEJOS asociados al modo de transmisión tal que la mitad del producto del voltaje equivalente por la corriente equivalente conjugada resulta en la potencia transmitida de acuerdo a las siguientes fórmulas:

Figura 1. Fórmula V e I equivalentes.

También podemos extraer las siguientes conclusiones de teoría de guías:

• La potencia transmitida involucra a los campos transversales.

• En una guía sin pérdidas la potencia transmitida total es superposición de la transmitida– En una guía sin pérdidas la potencia transmitida total es superposición de la transmitida por cada modo.

• Los campos transversales tienen una variación en la dirección longitudinal de forma exponencial.

• Los campos E y H transversal se relacionan mediante la impedancia del modo

2.2 LEYES DE KIRCHHOFF

Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.

Las leyes de Kirchhoff establecen un postulado de mucha importancia para el estudio de la física eléctrica o por consiguiente para el estudio de circuitos, donde se afirma que la suma de las corrientes que entran en un nodo es igual a las que salen, a partir de la teoría de la conservación de la energía analizaran algunos aspectos como la relación de las corrientes en distintos puntos del sistema.

2.2.1 PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF

La primera ley de Kirchhoff es un enunciado de la conservación de la carga eléctrica.

Todas las cargas que entran en un punto dado en un circuito deben abandonarlo porque la carga no puede acumularse en un punto. Las corrientes dirigidas hacia el centro de la unión participan en la ley de la unión como + , mientras que las corrientes que salen de una unión están participando con –I..

Se expresa bajo la siguiente figura:

Figura 2.

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