Las líneas de transmisión de energía electromagnética son dispositivos cuyo fin principal es el transporte de energía con eficiencia entre una fuente y un consumidor.
Son un caso particular de ondas electromagnéticas guiadas y están constituidas en su forma más usual por dos o mas conductores que corren paralelos.
En el análisis de las ondas guiadas por los métodos de la teoría electromagnética muestra que pueden propagarse los modos TE, TM y TEM.
Los modos TE y TM con líneas de tamaño usual, con separación de los conductores no mayor de algunos
centímetros, la frecuencia de corte es muy alta, usualmente varios gigahertz. La propagación de estos modos por debajo del corte a las frecuencias usuales no pasa de
una corta distancia a partir desde donde se generaron.
El modo principal que se propaga en las líneas es el TEM (transversal electromagnético).
En esta forma de propagación las corrientes en los conductores fluyen en la dirección de la longitud de la línea y en cualquier intersección trasversal a la línea, las corrientes instantáneas en los dos conductores son de igual magnitud pero de signo contrario.
una línea de transmisión básica como un par de electrodos que se extienden paralelos por una longitud grande (en relación con la longitud de onda) en una dirección dada.
El par de electrodos se hallan cargados con distribuciones de carga (variables a lo largo de la línea) iguales y opuestas, formando un capacitor distribuido.
Al mismo tiempo circulan corrientes opuestas (variables a lo largo de la línea) de igual magnitud, creando campo magnético que puede expresarse a través de una inductancia distribuida.
La potencia fluye a lo largo de la línea.
Para usar un modelo cuasiestático se representa a la línea como una cascada de cuadripolos. Cada cuadripolo representa un tramo de línea de pequeña longitud frente a la mínima longitud de onda de la señal.
Este modelo se conoce como modelo de constantes distribuidas.
Resistenci en serie, que modela las pérdidas por efecto Joule debidas a la circulación
de corriente en los conductores de la línea
Conductancia en paralelo, que modela las pérdidas
dieléctricas mediante una conductividad equivalente
Ecuaciones del telegrafista
? = ß – i a es complejo, indicando una propagación
con atenuación, causada por las pérdidas.
.
La solución general de la ecuación de ondas en la línea será la superposición de una onda progresiva y una regresiva:
Esta relación se conoce como coeficiente de reflexión
Patron de ondas estacionarias
Se puede definir punto a punto una impedancia de onda como el cociente entre la tensión y la corriente:
Microlineas
Las microlineas se utilizan mucho en aplicaciones electrónicas. Se las usa por su facilidad de
construcción en circuitos integrados y para crear componentes de circuitos como filtros, acopladores,
resonadores, antenas y otros.
Hay diversas variantes de las líneas de cinta, de las que las más usadas son la línea de cinta propiamente
dicha (stripline) y la línea de microcinta (microstrip).
Stripline
Las striplines están formadas por dos cintas conductoras
paralelas de tierra, y una cinta conductora interna de señal
entre ellas. El ancho w de la cinta de señal es pequeño frente al ancho de las cintas de tierra, de manera que éstas pueden considerarse planos infinitos.
El espesor de la cinta de señal es t y la separación entre las cintas de tierra, llena con un dieléctrico de permitividad e, es b.
fórmulas aproximadas para calcular la impedancia característica de una línea stripline.
Microstrip
Configuración clásica. Una cinta conductora muy ancha funciona como plano de tierra y sobre ella se coloca un sustrato dieléctrico de permitividad e y espesor b. Sobre el sustrato hay una cinta de señal de espesor t y ancho w.
fórmulas aproximadas para calcular la impedancia característica de una línea microstrip.
Otras ecuaciones de interés son las de diseño de líneas microstrip: dado el material del sustrato y la impedancia característica deseada, determinar w/b:
la tensión a lo largo de la línea ideal se puede escribir:
Se define como relación de onda estacionaria al cociente del máximo valor y el mínimo valor de tensión sobre la línea:
En el caso de una onda puramente viajera, ? = 0
ROE = 1 L ?
En el caso de una onda estacionaria pura, ? = 1
ROE ? 8 L ? 1
Como en general: ? = 1 1 = ROE < 8
si alfa = 0 entonces la envolvente de la onda estacionaria de tensión es una paralela al eje z.
Si alfa es distinto de cero, la onda decrece la carga según eje z, o sea exponencial con la distancia.
Si alfa 0 y ZR Z0 la ROE va
creciendo hacia la carga.
Si la línea tiene pérdidas y es muy larga la relación de ondas estacionarias tiende a 1.