Fundamentos e Tipos de Liñas de Transmisión en Electrónica

Introdución ás Liñas de Transmisión

As liñas de transmisión úsanse para conectar os equipos encargados de transmitir sinais. Estas liñas deben cumprir unha serie de características ben definidas, porque, do contrario, poden desaxustar todo o sistema de transmisión. As liñas de transmisión máis coñecidas son as de baixada que unen a antena de recepción co receptor. As liñas de transmisión pódense clasificar en:

• Liña curta: Aquela na cal a lonxitude física é menor que a lonxitude de onda do sinal eléctrico que circula por ela.
• Liña longa: Aquela na cal a lonxitude física é maior que a lonxitude de onda do sinal eléctrico que circula por ela.

Das dúas clases de liñas, as que máis se utilizan para conectar os sistemas de transmisión de radio e televisión son as liñas longas, posto que, polo xeral, os cables que se empregan para conectar os transmisores e os receptores teñen unha gran lonxitude.

Parámetros Fundamentais das Liñas de Transmisión

Resistencia da Liña

Para analizar as características dunha liña, hai que supoñer que a liña é de lonxitude infinita. Se a liña fose ideal, a resistencia dos condutores da liña sería nula e o illamento entre eles sería infinito. Isto provocaría que a corrente eléctrica polos condutores fose a mesma en todos os puntos e a tensión entre os condutores permanecería constante e o seu valor sería igual á tensión da fonte de alimentación.

Impedancia da Liña

No caso de que a corrente que circula pola liña sexa alterna, ademais da resistencia dos condutores e do illamento entre eles, temos unha capacidade producida polos condutores que forman a liña e unha indutancia debida ao propio condutor. Na seguinte figura represéntase o circuíto equivalente para unha liña de lonxitude fixa formada polas resistencias do cableado, a resistencia de illamento, as indutancias debidas aos condutores e as capacidades da liña.

Representación dunha liña de lonxitude fixa formada por resistencias do cableado, a resistencia de illamento, as indutancias debidas aos condutores e as capacidades da liña.

Ondas Estacionarias e ROE

Normalmente, ao final dunha liña hai un receptor que débese considerar para calcular a impedancia total da liña. Se a carga que se sitúa ao final da liña é igual á impedancia característica da liña, a transferencia de enerxía será máxima entre a liña e o receptor. Se a impedancia de carga que se conecta á liña de transmisión non é igual, o receptor non entregará a máxima potencia. A potencia que non se entrega á carga volve pola liña ata o principio desta en forma de onda reflectida. Os dous casos extremos que se poden producir son:

• Se a liña de transmisión está aberta, a impedancia da carga é infinita.
• Se a liña de transmisión está en curtocircuíto, a impedancia da carga é cero.

En ambos os dous casos, toda a enerxía que se envía pola liña reflíctese e volve cara ao transmisor, superpoñéndose ao sinal transmitido. Esta superposición de sinais pode provocar que nalgúns puntos da liña se prodúzase unha anulación do sinal e noutros se prodúzase unha amplificación. A relación de ondas estacionarias ou ROE (SWR en inglés) é a relación entre o valor da tensión máxima e a tensión mínima que pode aparecer na onda estacionaria presente na liña de transmisión. Tamén pódese dicir que a ROE é a relación entre a impedancia máxima e mínima.

Características Clave das Liñas de Transmisión

Os parámetros máis importantes que caracterizan unha liña de transmisión son os seguintes:

• Coeficiente angular.
• Velocidade de propagación.
• Capacidade nominal.
• Tensión máxima.
• Potencia máxima.
• Temperatura de traballo.
• Atenuación da liña.

Velocidade de Propagación

A velocidade de propagación dun sinal por un cable eléctrico é inferior á velocidade de propagación polo aire libre (300.000 km/s). Isto é debido á indutancia e á capacidade da liña. O máis usual é expresar a velocidade de propagación como unha porcentaxe (%) da velocidade de propagación dos sinais radioeléctricos (300.000 km/s). Por esta razón defínese un novo parámetro identificativo de cada liña, que denominamos factor de velocidade do cable. Este factor, que ten valores típicos que oscilan entre 0,6 e 0,7, indica a velocidade da onda no interior do cable respecto á velocidade da luz.

Capacidade Nominal

Os dous fíos que forman unha liña de transmisión, tanto se é simétrico como se é asimétrico, forman as placas dun condensador cuxo dieléctrico é o illante que existe entre eles. Esta capacidade nominal é moi pequena, pero hai que tela en conta segundo as aplicacións nas que se utilice.

Tensión Máxima

A tensión máxima é o valor de tensión que se pode aplicar entre os dous condutores da liña sen que o dieléctrico se deforme. Esta tensión depende do material co que estea fabricado o dieléctrico. Na actualidade é moi elevada, da orde de 10.000 voltios.

Potencia Máxima

A potencia máxima que se pode transmitir por un cable depende da temperatura á que se lle someta e da frecuencia do sinal que circula pola liña.

Temperatura de Traballo

A temperatura de traballo é a temperatura máxima á que pode traballar o cable de transmisión. Este parámetro depende do compoñente co que se fabrícase o material que recubre os cables.

Atenuación da Liña

A atenuación do cable provoca a diminución da corrente e da tensión ao longo da liña como consecuencia da resistencia óhmica. A atenuación dunha liña depende da lonxitude desta e da frecuencia do sinal.

Tipos de Liñas de Transmisión

Liñas Balanceadas

As liñas balanceadas (ningún condutor está conectado a terra) inclúen: cable de pares, cable de pares trenzado e cable de pares apantallado. Neste tipo de transmisións a información vai repartida entre dous cables. Cada cable leva a metade da información, cada un con signo oposto ao outro:

Liñas Non Balanceadas

As liñas non balanceadas (un dos dous condutores está conectado a terra) inclúen o cable coaxial. Un condutor leva todo o sinal, o outro está posto a terra (0V). Úsanse tipicamente en cables coaxiais e en PCB. O condutor interno (“vivo”) transporta o sinal, mentres que o externo (“malla”) está posto a terra (0V).

Liña Coaxial

A liña coaxial, maioritariamente utilizada para transportar sinais de radio e televisión, está formada por dous condutores concéntricos, separados por un material illante. O condutor central é un fío ou un conxunto de fíos de cobre ou outros materiais condutores, mentres que o segundo fío da liña é en realidade unha malla e/ou unha lámina condutora que a rodea. Esta forma garante que, ademais de transportar o sinal, se estableza no seu interior unha zona libre de radiacións externas que provocarían interferencias, ao tempo que evita que as ondas que transmite sexan radiadas cara ao exterior. Este efecto de gaiola de Faraday será máis efectivo canto máis tupida sexa a malla que envolve o fío central, presentando as mellores calidades cando se trata dunha cobertura laminar continua.

Guía de Ondas

Cando se deséxanse transferir sinais de microondas, os cables coaxiais resultan inadecuados pola elevada atenuación que introducen no sistema. Neste caso recórrese á utilización de guías de ondas, tubos metálicos en cuxo interior se propágase o sinal, unha vez radiada nun dos seus extremos. Estes tubos poden ter sección circular, elíptica, rectangular ou cadrada, e a súa utilización está condicionada por unha resposta en frecuencia variable, na que se obténense baixas atenuacións propagando sinais de entre 5 e 50 GHz.