Lineas de transmision

Líneas de transmisión. Principios de funcionamiento y aplicaciones a frecuencias de microondas

Las frecuencias de microondas [300 MHz - 300 GHz] están cada vez más presentes en nuestra vida diaria. Telefonía celular, transmisión de datos vía satélite, redes de área local, accesos sin cable de corta distancia y, por supuesto, hornos de microondas son algunos ejemplos de sus aplicaciones. Lamayor diferencia con el diseño de componentes a bajas frecuencias se fundamenta en que a frecuencias de microondas la longitud de onda es comparable a las dimensiones físicas de los componentes del sistema, por lo que la teoría clásica de circuitos no es aplicable directamente. Se hace necesario recurrir a las ecuaciones de Maxwell para encontrar la distribución del campo electromagnético. Las líneasde transmisión de alta frecuencia son un tipo fundamental de componente en circuitos de microondas, para el cual la aplicación de las ecuaciones de Maxwell conduce a soluciones sencillas, representables con un circuito equivalente.
Introducción En la teoría de líneas eléctricas es bien conocido que, cuando la longitud de éstas se aproxima a la longitud de onda de la señal electromagnética queconducen, los retardos en el establecimiento del campo electromagnético a lo largo del eje longitudinal deben ser tenidos en cuenta. Por ello la modelización de estas líneas, frecuentemente denominadas líneas largas, mediante circuitos equivalentes debe realizarse en tramos de longitud infinitesimal o parámetros distribuídos. No obstante, dado que la longitud de onda correspondiente a la frecuencianormalizada de las redes de transmisión de energía eléctrica (de 50 Hz) es de unos 6000 km, longitud significativamente superior a la real de las líneas, el tratamiento habitual para estas redes consiste en modelizarlas con circuitos equivalentes simples, formados por una inductancia y una resistencia que describen el comportamiento en toda su longitud. La teoría de líneas largas, con modelizacióninfinitesimal, solo tiene interés en este caso para el estudio de fenómnenos transitorios en los que aperecen frecuencias muy superiores. En este ar tículo se pretende desarrollar algunos aspectos de la teoría de líneas largas, aplicándola a un campo diferente, en el que su uso se hace imprescindible: las microondas.

Isabel Gavela Pérez

Ingeniero Eléctrico del ICAI (1999). Desde octubre de1999 trabaja para la multinacional Epcos en el departamento de diseño de componentes para frecuencias de microondas en la planta de Deutschlandsberg (Austria). Desde 2001 cursa adicionalmente estudios de doctorado sobre integración de elementos pasivos en substrato LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) en la Universidad Técnica de Graz (Austria).

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anales de mecánica y electricidad /septiembre-octubre 2003

Líneas de transmisión Una línea de transmisión consiste en un conductor por el que se envía una señal y otro paralelo de referencia por el que retorna la corriente, asimilable al cable de neutro en una instalación eléctrica. Las secciones de ambos conductores pueden tomar formas arbitrarias pero deben mantenerse constantes a lo largo del eje longitudinal.Típicamente seutilizan metales de alta conductividad que pueden estar inmersos en un medio dieléctrico. El circuito mostrado en la Figura 1 representa un ejemplo de línea de transmisión en el aire formada por dos conductores de longitud l. En un extremo de la línea se coloca una fuente de tensión alterna con frecuencia v mientras que en el otro extremo, en vez de una carga o consumidor, ambos conductores se hancortocircuitado. La cuestión a resolver es: ¿qué impedancia de entrada, Zin, ve la fuente conectada a esta línea de transmisión? una respuesta inmediata sería cero o a lo mas una resistencia muy pequeña debida a las inevitables pérdidas; sin embargo un tratamiento mas exhaustivo del problema revelará las limitaciones de esta respuesta. El método de resolución comienza aplicando las ecuaciones de...