Líneas de transmisión.
Líneas de transmisión.
Las líneas de transmisión son líneas de alimentación cuya misión principal es transportar la señal desde el transmisor a la antena.
Como una característica principal para la transmisión de la onda electromagnética es la formación de ondas estacionarias, es imprescindible que a lo largo de la línea de transmisión no se produzcan ondas estacionarias para que así llegue toda la energía a la antena y la transmisión sea máxima.
Para ello, se recurre a una adaptación de impedancias entre la línea de transmisión y la antena haciendo que las reactancias de ambos elementos sean las mismas y se pueda transmitir la máxima energía de un dispositivo a otro.
Impedancia característica de la línea.
Las líneas están construidas por norma general de dos cables eléctricos. Por efecto de la alta frecuencia, se forman capacidades e inductancias en dichos cables. Esto da lugar a que el cable de la línea tenga su propia impedancia, valor independiente de la longitud del cable.
La formula que indica la impedancia de la línea viene dada por:
Zo = √ ( L ÷ C)
Siendo Zo, la impedancia característica; L la inductancia en Henrios y C la capacidad en Faradios. L y C viene designados por unidades de longitud.
Existen dos tipos de líneas de transmisión:
● Bifiliar abierta. Está formada por dos conductores paralelos entre sí y simétricos.
● Línea coaxial. Construido por un conductor interno y otro externo que protege al interior mediante un recubrimiento de malla metálica. Ambos conductores están aislados por una capa aislante.
El valor de la Zo de la línea Bifiliar es:
Zo = 276 x log (2D ÷ d)
Y para el cable coaxial:
Zo = 138 x log (D ÷ d)
En la impedancia también influye el material aislante que recubre los conductores.
Distintos sistemas de líneas.Las líneas para no introducir pérdidas, deben de ser de baja impedancia.
Es sabido que una línea de 1 /4 de onda es un circuito resonante serie que presenta poca impedancia a su frecuencia. Debido a lo ya estudiado, podemos ver que utilizando una línea de transmisión de esta longitud se nos puede convertir en una antena, con la consecuente pérdida de energía.
Para superar el incoveniente, se dobla el conductor como si fuese un dipolo para hacer que se anule mutuamente el efecto de la radiación ya que los dipolos coinciden con la media onda que se va a transportar.
Uno de los extremos se conecta al transmisor y el otro a la antena. Si se emplea este sistema para la conexión a una antena Hertz, la longitud puede ser cualquier múltiplo de 1/4 de onda.
El inconveniente de este tipo de líneas es que deben de tener una longitud determinada, longitud acondicionada a la longitud de onda a transmitir. Pero existe una solución al problema al utilizar líneas de transmisión finitas. Estas líneas tienen una impedancia que coincide con la impedancia de la antena que se van a alimentar.
Así, de esta manera, la línea de transmisión finita con una impedancia de carga a su extremo, se comportará como una línea de transmisión infinita, consiguiendo que no se reproduzcan ondas estacionarias en su interior.
Conexión de la línea a la antena.Dicha conexión se puede realizar empleando líneas resonantes y no resonantes.
Un método consiste en conectar en el centro de una antena tipo Hertz la línea resonante. Este método se llama alimentación en el centro o alimentación de baja impedancia.
La conexión se realiza en el punto de mayor intensidad de corriente y de mínima impedancia que en esta antena se encuentra en el centro.
Otra forma de conexión es la alimentación en un extremo o alimentación a tensión de alta impedancia (B).
En ese caso, se conecta a uno de los cables de la línea a uno de los extremos de la antena y el otro cable se mantiene en paralelo sin conectar.
Para lineas no resonantes se utiliza un transformador de radiofrecuencia.
Adaptación de la antena, la línea y el transmisor.De acuerdo al teorema de la máxima transferencia de energía, es necesario adaptar las impedancias de la antena, la línea y el transmisor para que se produzca la mejor transferencia energética entre dispositivos.
Pero otro de los aspectos que hay que tener en cuenta con la longitud de la antena y la longitud eléctrica de la misma. Como no es fácil dicha coincidencia se ajusta mediante elementos. Por ejemplo, si una antena es corta para transmitir una cierta frecuencia, se conecta una inductancia en serie para aumentar la inductancia total. Con ello se reduce la frecuencia de resonancia de la antena. El resultado es similar a como si se alargara.
Pero si fuese muy larga la antena, se podría poner un condensador en serie, por ejemplo.
Ajustar elementos a la carga es una técnica para poder transmitir con la misma antena diferentes frecuencias.
Tipos de antenas.
Las antenas se suelen agrupar en torno al rango de frecuencias con el que van a trabajar. A continuación veremos una cierta clasificación de las mismas en función de sus características mecánicas y eléctricas.
Antenas para aparatos portátiles.Se incluyen antenas para aparatos móviles como teléfonos, radios, telemandos, etc. Suelen trabajar en VHF o UHF y utiliza la antena de 1/4 de onda que permite lograr reducidas dimensiones de la misma.
Por ejemplo, si se trabaja con una frecuencia de 432MHz, la longitud de la antena no será mayor de 17,5 cm. Para una frecuencia de 144 MHz medirá 52 cm.
Pero si la frecuencia se reduce, la longitud de la antena aumenta por lo que ya no vale para dispositivos móviles.
Pero hoy en día no vemos que las antenas sean muy largas. Eso se debe a que se encuentran varias soluciones entre las que está reducir la longitud de la antena para que eléctricamente presente la longitud correspondiente a la frecuencia de trabajo. Como hemos hablado en el punto anterior, se suelen colocar dispositivos resonantes como bobinas o condensadores para compensar.
Antenas para estaciones móviles.Se utilizan para antenas de 1/4 de onda. Suelen instalarse en vehículos emisores como el de prensa. Ya no tiene el inconveniente de ser grande porque el vehículo puede soportarlo. Por tanto este tipo de antenas suelen estar construidas respetando la longitud de 1/4 de onda.
Para casos que resulte molesto la longitud de la antena, se utilizan autoinducción de compensación para reducir las dimensiones de la misma.
Antenas para estaciones fijas.En este caso la longitud de la antena ya no resulta tan crítica. Las antenas para estas estaciones suelen ser omnidireccionales. Existen varias clasificaciones para las antenas fijas.
● Antenas colineales. Se trata de una antena omnidireccional, compuesta de varios tramos, polarizada verticalmente.
Cada tramo corresponde a una longitud de onda que partiendo del extremo inferior de alimentación, es un cuarto de onda coxial, seguido de otro cuarto de onda coaxial, prosiguiendo con 1/2 onda coaxial, para terminar con 1/4 de onda al cual se conecta una varilla metálica de 1/4 de onda.
Nuevamente hay que tener en cuenta las dimensiones físicas; por ejemplo para los 27 MHz alcanza los 16,5 m, pero para los 144 MHz solamente es de 3,13 m.
Como ventaja está la gran ganancia en decibélios que ofrece esta antena respecto otros sistemas.
Hay que tener especial cuidado en la forma en la que están conectados los distintos tramos.
● Antena Coxial. Se tratan de antenas omnidireccionales polarizadas verticalmente con un ángulo de irradiación bastante reducido. Se utilizan en alta frecuencia ya que a bajas frecuencias sus longitudes resultan muy grandes.
● Antena con plano de tierra. Se trata de una antena cuya varilla tiene una longitud de 1/4 de onda, aislada en su base con cuatro varillas en el plano horizontal que pueden inclinarse. Estas cuatro varillas no es necesario que estén inclinadas.
Modificando el ángulo de las varillas con respecto a la horizontal, se varía la impedancia de la antena.
En algunos casos (B), la varilla suele tener una longitud de 5/8 de onda manteniendo las varillas a 1/4 de onda.
Esta antena es la que se suele encontrar en los edificios. Se llama también Ground plane.
● Antena cuádrupe-cúbica. Está constituida por dos cuadros, cuyos lados tienen una longitud de 1/4 de onda, montados en dos planos paralelos. Una de las ventajas que presenta esta antena es que produce mucha ganancia al sistema.
La antena es direccional, comportándose uno de los cuadros como reflector para acentuar dicho efecto.
● El dipolo. Esta antena basada en la de Hertz está alimentada por el centro. Es muy común que la antena vaya plegada y acompañada de elementos parasitários como directores y reflectores para conferirla gran directividad. Este tipo de antena es muy común para la recepción de señales de televisión.
Existen varias versiones del dipolo de antena y pueden recibir en vertical y horizontal.
Microvoltios por metro.Para conocer la intensidad de la señal que irradia una antena en los distintos puntos de irradiación se recurre a un instrumento llamado medidor de campo.
Este aparato mide la intensidad de la señal en función de la cantidad de microvoltios de radiofrecuencia que se presentará a lo largo de un alambre que mida exactamente un metro de longitud colocado en el plano que corresponde al campo eléctrico.
La medición no es influenciada por la altura en que esté colocado el cable, pero cuando mas alto esté el cable, mejor será la señal.
La frecuencia tampoco afecta a la medición, salvo que sea un cable resonante.
