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

  2)      Con ayuda del calibrador vernier, medimos el diámetro de la línea bifilar, tomando en cuenta los dos alambres y reduciendo matemáticamente 2 radios para saber el valor del interior.