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Líneas de transmisión


1.- CONCEPTOS BÁSICOS

       Las ondas planas uniformes son ejemplos de propagación de ondas sin guías (libremente), en el sentido de que una vez que se han propagado en una dirección, dentro de un bloque infinito de material, continúan propagándose en la misma dirección. Las líneas de transmisión (al igual que las guías de onda) se utilizan para guiar lapropagación de la energía de un punto a otro. Así pues, una línea de transmisión se puede definir como un dispositivo para transmitir o guiar energía de un punto a otro. Usualmente se desea que la energía sea transportada con un máximo de eficiencia, haciendo las pérdidas por calor o por radiación lo más pequeñas posible.

      Las líneas de transmisión pueden ser de muchas formas y tamaños. Esconveniente clasificarlas en base a las configuraciones de sus campo E y H, es decir, en base a los modos que pueden transmitir. De esta manera, las líneas de transmisión se pueden dividir en dos grupos principales: 
1) Las que son capaces de transmitir el modo Transversal Electromagnético  (TEM).
2) Las que son capaces de transmitir únicamente modos de orden más alto.

     En un modo TEM ambos, elcampo eléctrico y el campo magnético, están contenidos completamente en un plano perpendicular a la dirección de propagación. No hay componente ni de E, ni de H en la dirección de transmisión. Por ejemplo, si la dirección de transmisión es en z, entonces las únicas posibilidades para la dirección de E y de H serían Ex y Hy ó Ey y Hx. La única diferencia con las ondas planas uniformes (O.P.U.), esque en el modo TEM E y H no necesariamente son independientes de su posición en el plano formado por x-y (el cual es transversal a z). Mientras que en las O.P.U. E y H sí deben ser independientes de su posición en estos planos (esto es la característica de uniformidad). Los modos de más alto orden siempre tienen al menos una componente de alguno de los campos en la dirección de transmisión.En resumen:
1) Línea modo TEM: E y H son totalmente transversales a la dirección de  transmisión. Ejemplos: todas las líneas de dos conductores.
 2) Línea modo de más alto orden: E ó H ó ambos tienen componentes en la  dirección de transmisión. Ejemplos de modos de más alto orden son el modo TM (Transversal Magnético),  el modo TE (Transversal Eléctrico). Ejemplos de este tipo de líneas detransmisión son las guías de onda  huecas de un solo conductor o las líneas trifásicas.

En el ámbito electrónico el término "línea" o "línea de transmisión" usualmente se utiliza únicamente para hacer referencia a los dispositivos que pueden transmitir modo TEM, mientras que el término "guía" o "guía de onda" se utiliza para hacer referencia a los dispositivos que pueden transmitir modos de másalto orden.     A continuación se muestra el diagrama (figura 1.1) utilizado para representar una línea de transmisión.

FIGURA 1.1
     Donde:
   es el voltaje de entrada o voltaje de la fuente de alimentación,
Zc es la impedancia intrínseca de la línea de transmisión y sus unidades son ohms, 
es la impedancia de carga y puede ser un número complejo o un número real y sus unidades tambiénson ohms,
  es el voltaje en la carga, 
es la corriente que pasa por la carga,
L es la longitud de la línea de transmisión en metros y se mide sobre el eje z,
d es la distancia de un punto determinado a la carga en metros,
las otras dos variables Vd e Id serán definidas en la siguiente sección en base a la distancia d.

 
2.- VOLTAJE Y CORRIENTE COMO FUNCIONES DE LA POSICION

    Las formas de onda del voltaje y la corriente en la línea de transmisión son la combinación de ondas que se desplazan hacia adelante y hacia atrás. Estas se combinan para producir ondas estacionarias en la línea, de manera análoga a como se observó en el estudio de la incidencia de ondas planas uniformes en fronteras planas. Para mostrar la existencia de ondas estacionarias en la línea, vamos a...