PRACTICA 1 “ANÁLISIS FÍSICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN”
OBJETIVO: Analizar físicamente una línea de transmisión para encontrar sus
parámetros fundamentales.
FUNDAMENTO
TEÓRICO:
Líneas de
Transmisión.
Una línea de transmisión es un sistema de
conductores metálicos para transferir energía eléctrica desde un punto a otro.
En forma más específica, una línea de transmisión consiste en dos o más
conductores separados por un aislador, puede tener desde unas pocas pulgadas
hasta varios kilómetros de longitud. Se pueden utilizar para transmitir señales
de corriente continua o corriente alterna. Cuando la frecuencia de la señal a
transmitir es baja, el comportamiento de la línea de transmisión es bastante
sencillo y muy predecible, sin embargo, cuando la frecuencia de las señales es
alta, se complican las características de las líneas de transmisión su
comportamiento es bastante especial.
Este tipo de cable está compuesto de un
hilo conductor central de cobre rodeado por una malla de hilos de cobre. El
espacio entre el hilo y la malla lo ocupa un conducto de plástico que separa
los dos conductores y mantiene las propiedades eléctricas. Todo el cable está
cubierto por un aislamiento de protección para reducir las emisiones
eléctricas. El ejemplo más común de este tipo de cables es el coaxial de
televisión.
Originalmente fue el cable más utilizado
en las redes locales debido a su alta capacidad y resistencia a las
interferencias, pero en la actualidad su uso está en declive.
Su mayor defecto es su grosor, el cual
limita su utilización en pequeños conductos eléctricos y en ángulos muy agudos.
Cable Bifilar.
Un cable bifilar es una línea de
transmisión en la cual la distancia entre dos conductores paralelos es
mantenida constante gracias a un material dieléctrico. El mismo material que
mantiene el espaciado y el paralelismo entre los conductores sirve también de
vaina. La impedancia característica del cable bifilar depende exclusivamente
del dieléctrico, del diámetro de los conductores y de la distancia entre ellos.
La impedancia es mayor cuanto más aumenta la distancia entre conductores.
Parámetros
de Línea de dos Conductores.
Para emplear la teoría general de circuitos es preciso representar a
la línea como una red de parámetros distribuidos. Tales parámetros o constantes
son du inductancia L, capacitancia C, resistencia R y conductancia G,
especificadas todas ellas por unidad de longitud.
Los cuatro parámetros de línea se pueden calcular para cada caso
particular si se conocen sus dimensiones y la frecuencia de operación,
empleando los conceptos que se estudian en teoría electromagnética básica.
Impedancia
Característica.
En un circuito eléctrico real, esta
consideración no sería válida. La longitud de una línea de transmisión es
siempre finita. Al considerar que una línea de transmisión se extiende hacia el
infinito, consideramos también que la señal eléctrica transmitida a través de
ella se propaga de manera directa sin reflexión alguna. Sin embargo, cuando una
carga es colocada a una línea de transmisión finita, la señal puede ser
reflejada. Si variamos la distancia a la cual esta terminación ocurre, la
potencia de la señal reflejada ha de variar. Si la impedancia de carga con la
que se termina esta línea absorbiese todo el corriente incidente, entonces la
fuente de voltaje vería una longitud eléctrica infinita. La razón entre el
voltaje y corriente en cualquier punto de dicha línea es constante e idéntica a
la impedancia de carga. Esto se puede sintetizar, al decir que existe una
impedancia única para cada línea de transmisión con la cual se puede terminar
dicha línea sin producir ninguna reflexión.
El término de impedancia fue introducido
por Oliver Heaviside para definir la razón entre el voltaje y la corriente en
circuitos de corriente alterna (CA). Su uso intensivo en circuitos de CA se
extendió hacia las líneas de transmisión. Este concepto es también utilizado en
la teoría de campos electromagnéticos, siendo la impedancia una manera de
definir la característica del tipo de campo y del tipo de medio. Dada su
relación con las líneas de transmisión y los planos de propagación de onda.
Constante
De Propagación.
La constante de propagación (a veces
llamada el coeficiente de propagación) se utiliza para expresar la atenuación
(pérdida de la señal) y el desplazamiento de fase por unidad de longitud de una
línea de transmisión. Conforme se propaga una onda, a lo largo de la línea de
transmisión, su amplitud se reduce con la distancia viajada. La constante de
propagación se utiliza para determinar la reducción en voltaje o corriente en
la distancia conforme una onda TEM se propaga a lo largo de la línea de
transmisión. Ž
Para una línea infinitamente larga, toda
la potencia incidente se disipa en la resistencia del cable, conforme la onda
se propague a lo largo de la línea. Por lo tanto, con una línea infinitamente
larga o una línea que se ve como infinitamente larga, como una línea finita se
termina en un carga acoplada (Z = ZL), no se refleja ni se regresa energía
nuevamente a la fuente. Matemáticamente, la constante de propagación es
Conductor.
Conductores son todos aquellos materiales
o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas
eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que
contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que
permite el movimiento de las cargas.
Dieléctrico.
Dieléctrico es un aislante que puede ser
polarizado por un campo eléctrico aplicado a través de ella. Este aislante
tiene la capacidad para almacenar energía. El comportamiento de un dieléctrico
depende de la frecuencia de la fuente eléctrica, temperatura, voltaje y la
composición del dieléctrico. Se compone de partículas cargadas y electrones que
se mantienen en posición de equilibrio por fuerzas constitutivas.
Cuando se aplica un campo eléctrico en un
dieléctrico, los cargos son desplazados de su posición, pero son libres de
regresar a su posición original cuando se retira el campo eléctrico. El campo
eléctrico hace que las cargas de los átomos y las moléculas desplazadas en
direcciones opuestas a la polarización del dieléctrico.
Esta deriva de los resultados de cargos a
un flujo de corriente en el dieléctrico que se refiere como carga o corriente
de polarización. La polarización actual es normalmente muy importante ya que
ayuda en la predicción del comportamiento de un material dieléctrico como difiere
de un material a otro. Intensidad constante o variable de campo eléctrico tiene
la capacidad de la polarización de un dieléctrico.
Materiales:
·
2 Líneas de
transmisión coaxial.
·
1 Línea de
transmisión bifilar.
·
1 Vernier.
Desarrollo Experimental:
1)
Se solicitan dos
cables coaxiales, una bifilar y un calibrador vernier.
1)
Con ayuda del
calibrador vernier se mide el diámetro del dieléctrico y el conductor del cable
coaxial 1
1)
Con ayuda del
calibrador vernier se mide el diámetro del dieléctrico y el conductor del cable
coaxial 2
