MEDIOS DE TRANSMISION-Líneas de Transmisión

1. EL445
MEDIOS DE TRANSMISIÓN
EDUVIN TRIGOS SÁNCHEZ
Ing. Electrónico –
Esp. Electrónica Industrial

2. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
Las líneas de transmisión se utilizan para transmitir energía
eléctrica y señales de un punto a otro; específicamente,
desde una fuente hasta una carga.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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3. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
▪ La conexión entre un transmisor y una antena
▪ Las conexiones entre las computadoras en una red
▪ Una planta generadora hidroeléctrica y la subestación a cientos de
kilómetros de distancia.
▪ Interconexión entre componentes de un sistema estéreo
▪ La conexión entre un proveedor de servicios de cable y el aparato
televisor.
▪ Las conexiones entre los dispositivos de una tablilla de circuito
impreso, diseñada para operar a muy altas frecuencias.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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4. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
Los dispositivos por conectar están separados entre sí por
distancias del orden de una longitud de onda o más.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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5. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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6. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
Se está tratando con el fenómeno ondulatorio en las líneas
de transmisión, de la misma forma que en la propagación
de energía punto a punto en el espacio libre o en los
dieléctricos.
▪ Elementos Concentrados
▪ Elementos Distribuidos
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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7. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
Se deben considerar los elementos como distribuidos si el
retardo de propagación a través del tamaño del elemento
es del orden del intervalo más corto de interés.
1. Comprender cómo tratar las líneas de transmisión
considerándolas elementos de circuito que procesan
impedancias complejas que están en función de la
longitud de la línea de transmisión y la frecuencia.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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8. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
2. Comprender la propagación de ondas en las líneas,
incluyendo los casos en los que se presentan pérdidas.
3. Aprender métodos para combinar diferentes líneas de
transmisión y así alcanzar un determinado objetivo.
4. Comprender el fenómeno transitorio en las líneas de
transmisión.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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9. ¿Por qué las tenemos que estudiar?
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Fig. 1 Elementos fundamentales de un sistema de comunicaciones.
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10. Introducción
La transmisión de señales electromagnéticas se puede
realizar de dos formas:
▪ Transmisión radiada
▪ Transmisión guiada
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11. ▪ Transmisión radiada
Hace referencia a la propagación de odas electromagnéticas por el
espacio libre [aire y vacío]
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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12. ▪ Transmisión guiada
Hace referencia a la propagación a través de una estructura que
permita el confinamiento y guiado de las ondas desde el punto origen
[típicamente llamado generador] hasta un punto destino [típicamente
llamado carga]
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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13. ▪ Transmisión guiada
La estructura o medio a través del cual se propaga la señal suele
denominarse línea de transmisión .
Una generalización del concepto de Línea de transmisión es el de guía de
onda
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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14. ▪ Transmisión guiada
Transmission lines include:
• Two parallel wires, • Coaxial cable, • Microstrip line, • Optical fiber
• Waveguide, • etc.
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15. Clasificación de los medios de transmisión
1. Líneas de transmisión: Están formadas, al menos, por dos
conductores.
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16. Clasificación de los medios de transmisión
2. Guías de onda: se pueden considerar dos tipos.
▪ Guías Metálicas: típicamente formadas por un único
conductor.
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17. Clasificación de los medios de transmisión
2. Guías de onda: se pueden considerar dos tipos.
▪ Guías Dieléctricas: típicamente formadas por uno o varios
medios dieléctricos [no tienen conductores]
▪ Las guías de onda no soportan propagación de tipo TEM
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18. Reseña Histórica
Comunicaciones eléctricas
▪ En 1844, F. B. Morse lleva a cabo la primera demostración de
comunicación eléctrica a distancia.
▪ La comunicación tuvo lugar entre Baltimore y Washington mediante un
telégrafo de un solo hilo (se usaba la tierra como retorno) y empleando el
código Morse.
▪ A la instalación de cables telegráficos por rutas terrenas, le siguió el
primer cable telegráfico trasatlántico en 1858.
▪ En 1876 A. G. Bell y Watson logran transmitir una señal de voz a través de
un cable eléctrico dando lugar al nacimiento del teléfono
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19. Reseña Histórica
Comunicaciones electromagnéticas
▪ En 1844, F. B. Morse lleva a cabo la primera demostración de
comunicación eléctrica a distancia.
▪ En 1864, J. C. Maxwell presenta un tratado sobre electricidad y
magnetismo en el que postula teóricamente la existencia de ondas
electromagnéticas.
▪ En el periodo 1887-1891, los trabajos de Maxwell se demostraron
experimentalmente mediante los trabajos de H. Herzt
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20. Reseña Histórica
Comunicaciones electromagnéticas
▪ En 1901, G. Marconi consigue la primera comunicación trasatlántica vía
radio, en la cual se transmitió una señal electromagnética entre Gran
Bretaña y Canada.
▪ Durante las primeras décadas del siglo XX, las comunicaciones se
realizaban empleando únicamente la parte baja del espectro
electromagnético. La tecnología se limitaba al uso de líneas de
transmisión, típicamente bifiliar, (propagación TEM).
▪ Durante este periodo Oliver Heaviside desarrolla las bases de la teoría
moderna de líneas de transmisión.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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21. Reseña Histórica
Comunicaciones electromagnéticas
▪ E n 1897, Lord Rayleigh introduce la idea de que tubos metálicos huecos
(guías de onda metálicas) también pueden guiar ondas electromagnéticas.
▪ Salvo algunos trabajos de principios del siglo XX, las guías de onda
metálicas quedan olvidadas. No eran prácticas, ya que las frecuencias que
se usaban eran muy bajas.
▪ También a principios del siglo XX comienza a estudiarse otro tipo de
guiado de ondas electromagnéticas basado en el uso de superficies de
separación entre dos medios dieléctricos (ondas de superficie).
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22. Reseña Histórica
Comunicaciones electromagnéticas
▪ La estructura más simple (sin interés práctico) que responde a este
principio es un cable cilíndrico aislado el cual fue estudiado por
Sommerfelden 1899.
▪ E n 1910, D. Hondros y Debye publican un estudio de la guía dieléctrica
de sección cilíndrica. Los primeros trabajos experimentales comenzaron
con Ruter y Schriever en 1914.
▪ En 1921, A. W. Hulldesarrolla un tipo de tubo de vacío llamado
magnetrón. A mediados de los años 30, este tipo de oscilador es capaz de
dar potencia útil a frecuencias tan altas como 30 GHz.
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23. Reseña Histórica
Comunicaciones electromagnéticas
▪ Todo esto crea un renovado interés por las guías de onda. En 1936, de
forma independiente, G. C. Southworth (Laboratorios Bell) y W. L.
Barrow(MIT) demuestran experimentalmente la propagación en guías de
onda metálicas.
▪ Coincidiendo con la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) tuvieron lugar
importantes desarrollos y descubrimientos en el campo de las
Radiocomunicaciones y de la circuitería de microondas [El desarrollo del
RADAR y muchos dispositivos de microondas que siguen utilizándose hoy
en día en muchos sistemas de telecomunicación].
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24. Descripción física de la propagación en las líneas de
transmisión
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Fig. 1 Circuito básico de una línea de transmisión que muestra las ondas de
voltaje y corriente que surgen al cerrar el apagador S1. 24

25. Descripción física de la propagación en las líneas de
transmisión
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Fig. 3 Modelo de elementos distribuidos de una línea de transmisión. Todos los
valores de las inductancias y capacitancias son iguales.
En una línea de transmisión sin pérdidas se verá que la velocidad de la onda está dada por 𝑣 =
1
𝐿𝐶
,
donde𝐿 y 𝐶 están especificadas por unidad de longitud.
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26. Ecuaciones de la línea de transmisión
Consideramos un generador y una carga conectados a través de una
línea de transmisión [i.e. cable coaxial]
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27. Ecuaciones de la línea de transmisión
Depende de la relación entre la longitud del cable 𝒍 y la longitud de onda
de la señal 𝝀
▪ Caso 𝒍 ≪ 𝝀
La tensión a la entrada del coaxial tiene aproximadamente el mismo valor
que a la salida.
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28. Ecuaciones de la línea de transmisión
El modelo de conexión ideal puede mejorarse empleando
un modelo equivalente de parámetros concentrados.
Para el caso sin pérdidas, el modelo consiste en una
capacitancia en paralelo y una autoinducción en serie.
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29. Ecuaciones de la línea de transmisión
▪ Capacitancia
El origen de la capacitancia está en la presencia de 2 conductores.
El valor de la capacitancia depende linealmente de la longitud de la línea 𝒍
se trabaja con la capacitancia por unidad de longitud 𝑪
Por tanto, las unidades de 𝑪 son Τ
𝑭
𝒎
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30. Ecuaciones de la línea de transmisión
▪ Autoinducción
Existe una autoinducción serie
Su valor depende linealmente de la longitud de la línea 𝒍 se trabaja con la
autoinducción por unidad de longitud 𝑳 Τ
𝑯
𝒎
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31. Ecuaciones de la línea de transmisión
Entonces, el modelo circuital de un cable coaxial de longitud de la línea 𝒍 y
sin perdidas.
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32. Ecuaciones de la línea de transmisión
Si el coaxial tiene pérdidas, el modelo se generaliza a
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