Ondas guiadas

Electromagnetismo 2004

6-1

6 - Líneas de Transmisión
Guías de ondas y líneas de transmisión
Una guía de ondas es un dispositivo que se usa para transportar energía electromagnética y/o información de un sitio a otro. Generalmente se usa el término línea de transmisión a la guía de ondas usada en el extremo de menor frecuencia del espectro. A estas frecuencias es posible utilizar unanálisis cuasiestático. Para frecuencias más elevadas la aproximación cuasiestática deja de ser válida y se requiere un análisis en términos de campos, que es de mayor complejidad. Veremos este tratamiento en el Capítulo 9.
I

Q H -I

-Q

Podemos pensar a una línea de transmisión básica E como un par de electrodos que se extienden paralelos por una longitud grande (en relación con la longitud deonda) en una dada dirección. 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 largode la línea. Los ejemplos más importantes de líneas de transmisión son el par bifilar, el coaxil y la microcinta.

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. Por lo tanto cada tramo se puede modelizar como un circuito usando laaproximación cuasiestática, como veremos en la siguiente sección. Este modelo se conoce como modelo de constantes distribuidas. Esta descripción corresponde a una línea bifilar. En muchas aplicaciones es necesario considerar líneas multifilares, como por ejemplo en circuitos impresos e integrados. Para el análisis circuital es necesario usar coeficientes de capacidad/inducción e inductancias parciales.La energía electromagnética puede ingresar a una línea de transmisión en forma de excitación concentrada o distribuida. Las fuentes concentradas se aplican en un punto determinado de la línea y la señal se propaga por la línea desde allí. Se simula este tipo de excitación mediante fuentes de tensión y/o corriente conectadas en el sitio de ingreso de la excitación (por ejemplo, la conexión de lalínea a otro circuito). En el caso de una fuente distribuida la excitación se distribuye a lo largo de la línea. Se simula esta situación mediante una onda, habitualmente plana, que ilumina a la línea en toda o parte de
Juan C. Fernández - Departamento de Física – Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires – www.fi.uba.ar

Electromagnetismo 2004
▔

6-2

su extensión. Una dadaexcitación puede generar ZL1 ZL2 distintas respuestas de la línea. En la Ia2 Vs/2 + ▔ figura se esquematiza una fuente con+ Vs centrada en un punto de una línea ZL1 ZL2 cargada en ambos extremos. Esta + ▔ fuente produce corrientes a lo largo It2 Vs/2 de la línea que pueden representarse ZL1 ZL2 It2 Vs/2 como la superposición de corrientes + en modo común (modo de antena) y corrientes en modo diferencial(modo de línea de transmisión). La circulación de corrientes variables en el tiempo produce emisión de radiación electromagnética, como hemos visto en el Capítulo introductorio. En el modo de antena las corrientes circulan en el mismo sentido en ambos conductores, lo que refuerza los campos individuales radiados, mientras que en el modo de línea las corrientes tienen sentidos opuestos y la radiaciónneta es baja. Por este motivo es importante analizar el comportamiento de radiación de líneas para estimar la posible interferencia por radiación. Este fenómeno no se observa en los circuitos de parámetros concentrados ya que la eficiencia de radiación de tramos cortos de corriente (comparados con la longitud de onda de los campos) es muy baja, como veremos en el Capítulo 10.
+ Vs/2 Ia2...