Línea De Transmisión Por Radiofrecuencia: Tipos, Historia, Aplicabilidad

La línea de transmisión por radiofrecuencia, podría decirse que son líneas de transmisión acústica, utilizadas en algunos diseños de altavoces, es importante señalar que el esquema de una onda que se mueve hacia la derecha por una línea de transmisión de dos hilos sin pérdidas. Los puntos negros representan electrones, y las flechas muestran el campo eléctrico.

línea de transmisión por radiofrecuencia

Tipos comunes

Uno de los tipos más comunes de línea de transmisión, el cable coaxial.

  • En la ingeniería de comunicaciones y electrónica, una línea de transmisión es un cable especializado u otra estructura diseñada para conducir corriente alterna de radiofrecuencia, es decir, corrientes con una frecuencia lo suficientemente alta como para que se deba tener en cuenta su naturaleza ondulatoria.
  • Las líneas de transmisión se utilizan para fines tales como la conexión de transmisores y receptores de radio con sus antenas (se denominan entonces líneas de alimentación o alimentadores), la distribución de señales de televisión por cable, las llamadas de enrutamiento de líneas troncales entre centros de conmutación telefónica, las conexiones de redes informáticas y los buses de datos informáticos de alta velocidad.
  • La línea de transmisión de dos conductores tales como línea paralela (línea de escalera), cable coaxial, línea de placas y microtrip.
  • Algunas fuentes también se refieren a guías de onda, guías de onda dieléctrica e incluso fibra óptica como línea de transmisión.

Panorama general

  • Los cables eléctricos ordinarios son suficientes para transportar corriente alterna de baja frecuencia (CA), como la energía de la red, que invierte la dirección de 100 a 120 veces por segundo, y señales de audio.
  • Sin embargo, no se pueden utilizar para transportar corrientes en el rango de radiofrecuencia, por encima de unos 30 kHz, porque la energía tiende a irradiar fuera del cable en forma de ondas de radio, causando pérdidas de potencia.
  • Las corrientes de radiofrecuencia también tienden a reflejarse por las discontinuidades en el cable, tales como conectores y articulaciones, y viajan de regreso por el cable hacia la fuente.
  • Estas reflexiones actúan como cuellos de botella, impidiendo que la potencia de la señal llegue a su destino.
  • Las líneas de transmisión usan construcción especializada, y adaptación de impedancia, para transportar señales electromagnéticas con mínimas reflexiones y pérdidas de potencia.
  • La característica distintiva de la mayoría de las líneas de transmisión es que tienen dimensiones transversales uniformes a lo largo de su longitud, lo que les da una impedancia uniforme, llamada impedancia característica, para evitar reflexiones.
  • Los tipos de línea de transmisión incluyen línea paralela (línea de escalera, par trenzado), cable coaxial y líneas de transmisión planas como línea de placas y microtrips.
  • Cuanto mayor sea la frecuencia de las ondas electromagnéticas que se mueven a través de un determinado cable o medio, menor será la longitud de onda de las ondas.
  • Las líneas de transmisión son necesarias cuando la longitud de onda de la frecuencia transmitida es lo suficientemente corta como para que la longitud del cable se convierta en una parte significativa de una longitud de onda.
  • A frecuencias de microondas y superiores, las pérdidas de potencia en las líneas de transmisión se vuelven excesivas, y en su lugar se utilizan guías de onda, que funcionan como “tubos” para confinar y guiar las ondas electromagnéticas.
  • Algunas fuentes definen las guías de onda como un tipo de línea de transmisión; sin embargo, este artículo no las incluirá.
  • A frecuencias aún más altas, en los rangos de terahercios, infrarrojos y visibles, las guías de onda a su vez se vuelven perdidas, y se utilizan métodos ópticos (como lentes y espejos) para guiar las ondas electromagnéticas.

La teoría de la propagación de las ondas sonoras es muy similar matemáticamente a la de las ondas electromagnéticas, por lo que las técnicas de la teoría de las líneas de transmisión también se utilizan para construir estructuras para conducir las ondas acústicas; y éstas se denominan líneas de transmisión acústicas.

Historia

El análisis matemático del comportamiento de las líneas de transmisión eléctrica surgió del trabajo de James Clerk Maxwell, Lord Kelvin y Oliver Heaviside. En 1855 Lord Kelvin formuló un modelo de difusión de la corriente en un cable submarino. El modelo predijo correctamente el pobre desempeño del cable telegráfico submarino transatlántico de 1858. En 1885 Heaviside publicó los primeros documentos que describían su análisis de la propagación en los cables y la forma moderna de las ecuaciones del telegrafista.

Aplicabilidad

  • En muchos circuitos eléctricos, la longitud de los cables que conectan los componentes puede ser ignorada en su mayor parte.
  • Es decir, se puede suponer que el voltaje del cable en un momento dado es el mismo en todos los puntos.
  • Sin embargo, cuando el voltaje cambia en un intervalo de tiempo comparable al tiempo que tarda la señal en bajar por el cable, la longitud se vuelve importante y el cable debe ser tratado como una línea de transmisión.
  • Dicho de otra manera, la longitud del cable es importante cuando la señal incluye componentes de frecuencia con longitudes de ondas correspondientes comparables o inferiores a la longitud del cable.
  • Una regla general común es que el cable o alambre debe ser tratado como una línea de transmisión si la longitud es mayor que 1/10 de la longitud de onda.
  • En esta longitud, el retardo de fase y la interferencia de cualquier reflexión en la línea se vuelven importantes y pueden llevar a un comportamiento impredecible en sistemas que no han sido cuidadosamente diseñados usando la teoría de la línea de transmisión.
  • El modelo de cuatro terminales
  • Variaciones del símbolo electrónico esquemático de una línea de transmisión.
  • Para fines de análisis, una línea de transmisión eléctrica puede ser modelada como una red de dos puertos (también llamada cuadripolo), de la siguiente manera:

Línea de transmisión por radiodifusión

linea de transmisión por radiofrecuencia

  • En el caso más simple, se supone que la red es lineal (es decir, el voltaje complejo a través de cualquiera de los puertos es proporcional a la corriente compleja que fluye hacia ella cuando no hay reflexiones), y se supone que los dos puertos son intercambiables.
  • Si la línea de transmisión es uniforme a lo largo de su longitud, entonces su comportamiento se describe en gran medida mediante un único parámetro llamado impedancia característica, el símbolo Z0.
  • Es la relación entre el voltaje complejo de una onda dada y la corriente compleja de la misma onda en cualquier punto de la línea.
  • Los valores típicos de Z0 son 50 ó 75 ohmios para un cable coaxial, unos 100 ohmios para un par de hilos trenzados y unos 300 ohmios para un tipo común de par no trenzado utilizado en la transmisión de radio.
  • Cuando se envía energía hacia abajo una línea de transmisión, por lo general es deseable que tanta energía como sea posible sea absorbida por la carga y tan poca como sea posible sea reflejada de vuelta a la fuente.
  • Esto se puede asegurar haciendo que la impedancia de carga sea igual a Z0, en cuyo caso se dice que la línea de transmisión está emparejada.
  • Una línea de transmisión se dibuja como dos cables negros.
  • A una distancia x dentro de la línea, hay corriente I(x) viajando a través de cada cable, y hay una diferencia de voltaje V(x) entre los cables.
  • Si la corriente y la tensión provienen de una sola onda (sin reflexión), entonces V(x) / I(x) = Z0, donde Z0 es la impedancia característica de la línea.
  • Parte de la energía que se alimenta en una línea de transmisión se pierde debido a su resistencia.
  • Este efecto se denomina pérdida óhmica o resistiva (ver calentamiento óhmico).
  • A altas frecuencias, otro efecto llamado pérdida dieléctrica se vuelve significativo, sumándose a las pérdidas causadas por la resistencia.
  • La pérdida dieléctrica se produce cuando el material aislante dentro de la línea de transmisión absorbe energía del campo eléctrico alterno y la convierte en calor (véase calentamiento dieléctrico).
  • Se modela con una resistencia (R) e inductancia (L) en serie con una capacitancia (C) y una conductancia (G) en paralelo.
  • La resistencia y la conductancia contribuyen a la pérdida lineal de transmisión.
  • La pérdida total de potencia se especifica a menudo en decibelios por metro (dB/m) y suele depender de la frecuencia de la señal.
  • El fabricante suministra a menudo un gráfico que muestra la pérdida en dB/m en un rango de frecuencias.
  • Una pérdida de 3 dB corresponde aproximadamente a una reducción a la mitad de la potencia.
  • Las líneas de alta frecuencia pueden definirse como aquellas diseñadas para transportar ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda son más cortas o comparables a la longitud de la línea.
  • En estas condiciones, las aproximaciones útiles para los cálculos a frecuencias más bajas ya no son exactas.
  • Esto ocurre a menudo con señales de radio, microondas y ópticas, filtros ópticos de malla metálica y con las señales que se encuentran en los circuitos digitales de alta velocidad.

Referencias

Parte de este artículo se deriva de la Norma Federal 1037C.

 Jackman, Shawn M.; Matt Swartz; Marcus Burton; Thomas W. Head (2011). Guía de Estudio Oficial de CWDP Certified Wireless Design Professional: Examen PW0-250. John Wiley & Sons. pp. Cap. 7. ISBN 1118041615.

 Oklobdzija, Vojin G.; Ram K. Krishnamurthy (2006). Diseño de microprocesador de alto rendimiento y eficiencia energética. Springer Science & Business Media. p. 297. ISBN 0387340475.

 Guru, Bhag Singh; Hüseyin R. Hızıroğlu (2004). Electromagnetic Field Theory Fundamentals, 2nd Ed. Cambridge Univ. Press. pp. 422–423. ISBN 1139451928.

 Schmitt, Ron Schmitt (2002). Explicación de la Electromagnética: A Handbook for Wireless/ RF, EMC, and High-Speed Electronics. Newnes, pág. 153. ISBN 0080505236

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Licda. En Comunicación Social, mención Comunicación y Desarrollo con 16 años en el ejercicio del periodismo, ahora Redactora Web Maracay- Venezuela

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