Linha de transmissão: 5 fatos que você deve saber

Crédito da imagem da capa - Sajad-Hasan AhmadiConectores de antena de TVCC BY-SA 4.0

Pontos de discussão: Linha de transmissão

  • Introdução
  • Finalidade da linha de transmissão
  • Análise de linha de transmissão
  • Tipos de linha de transmissão
  • Aplicações de linhas de transmissão

Introdução à Linha de Transmissão

Uma linha de transmissão é um cabo especialmente projetado para transmissão de energia. Ele conduz apenas ondas eletromagnéticas para a carga em baixas frequências de forma guiada.

            A linha de transmissão opera em domínio de frequência de microondas e domínio de radiofrequência onde a potência é assumida como uma onda eletromagnética. É por isso que, se qualquer cabo puder guiar um sinal de eletroímã, ele será chamado de linha de transmissão.

            A linha de transmissão é o resultado das pesquisas de James Maxwell, Lord Kelvin e Oliver Heaviside. A falha e as desvantagens do "cabo telegráfico atlântico" e a invenção da equação do telégrafo abriram caminho para a linha.

Finalidade da linha de transmissão

Cabos regulares que transferem energia elétrica são projetados para conduzir energia em CA de baixa frequência. Eles não podem transportar energia na faixa de FR ou acima de 30 quilo hertz, pois a energia é desconectada nas juntas e conectores, e algumas vezes não chega ao destino. Essas linhas resolvem esses problemas. Eles são construídos especialmente para minimizar os reflexos e perda de energia e também usam a combinação de impedância para transportar energia.

            Essas linhas são construídas com uma área transversal uniforme. É por isso que eles fornecem impedância uniforme que é conhecida como impedância característica.

Linha de transmissão

Uso da linha de transmissão na antena

            O comprimento de onda das ondas eletromagnéticas fica mais curto conforme a frequência das ondas eletromagnéticas fica mais alta. As linhas de transmissão são cruciais porque, quando o comprimento de onda é curto o suficiente, o comprimento do fio contribui para o passado do comprimento de onda.

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Análise da linha de transmissão

            Assumimos um modelo de quatro terminais das linhas de transmissão para analisar a construção e o funcionamento das linhas. É equivalente a um circuito típico de duas portas. 

            Assumimos que o circuito é linear, o que significa que a tensão complexa em qualquer porta é relacional à corrente complexa para a condição sem reflexão. Além disso, supomos que duas de suas portas são transponíveis.

Impedância de características da linha de transmissão

A impedância característica ou (Z0) é um parâmetro essencial da linha. Pode ser definida como a razão entre a magnitude da tensão e a magnitude da corrente de uma onda, viajando ao longo de uma linha sem reflexão.

A impedância de características controla o comportamento da linha somente se a linha for uniforme em comprimento. Geralmente, para cabos coaxiais, a impedância característica tem um valor de cinquenta a setenta ohms, e para pares de fios empenados, o valor é 100 ohms. Para par não torcido, o valor é 300 ohms.

Coeficiente de reflexão da linha de transmissão

O coeficiente de reflexão da linha é dado pela relação entre a magnitude complexa do sinal refletido e o sinal de entrada. É representado pelo alfabeto grego - Г e expresso como -

Coeficiente de reflexão da linha de transmissão

onde V + é a tensão complexa da tensão de entrada e V- é a tensão complexa da onda refletida.

Tem relação com a impedância de carga e impedância característica. A expressão é fornecida a seguir.

Linha de transmissão

Aqui ZL é a impedância de carga e Z0 é a impedância característica.

A relação da onda estacionária também tem uma relação com este coeficiente de reflexão da linha. A conexão é dada como -

Linha de transmissão

A relação entre o Standing Wave Ratio e o coeficiente de reflexão da linha de transmissão.

Condição combinada da linha de transmissão:

O objetivo de uma linha de transmissão é fornecer a potência máxima da carga de origem ao destino e minimizar o reflexo e a perda de potência. A condição 'combinada' pode cumprir esse desejado. Se a impedância de carga do destino for igual ou igual ao valor da impedância característica da linha, então a linha atinge a condição de 'correspondência'.

            Em vez da condição 'combinada', a transmissão sofre alguma perda. Tipo, perda ôhmica. Há também outra perda substancial que ocorre quando esta linha trabalha em faixas de alta frequência. A perda é conhecida como perda dielétrica. Aqui, os elementos internos dessas linhas prendem a energia EM e produzem calor.

            A perda agregada desta linha é medida pela unidade dB / m. As perdas dependem da frequência do sinal, conforme mencionado anteriormente. As empresas construtoras deste costumam fornecer um gráfico de perdas. Mostra a perda de potência em diferentes frequências. Se alguma linha sofrer uma perda de três decibéis / metro, a potência recebida na carga será metade da potência fornecida.

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Tipos de linhas de transmissão

 Estes vêm com certos tipos, dependendo de sua estrutura física e de acordo com as necessidades. Alguns dos tipos de linhas de transmissão essenciais e amplamente usados ​​estão listados abaixo. Por favor, repasse e descubra-os.

Cabos coaxiais:

É uma das formas de linhas mais utilizadas. Ele restringe toda a onda EM dentro do cabo. Assim, os cabos coaxiais podem ser dobrados, amarrados ou torcidos em uma extensão sem afetar a operação.

Cabo coaxial

Seção transversal de cabos coaxiais, crédito da imagem: Tkgd2007Corte do cabo coaxialCC BY 3.0

As ondas EM promulgam no modo TEM ou transversal elétrico e magnético para as aplicações da faixa de RF. Aqui, os campos elétrico e magnético são perpendiculares às direções promulgadas. O campo elétrico torna-se irradiado e o campo magnético torna-se circunferencial.

Se o comprimento de onda da onda for menor do que a circunferência do cabo coaxial, o TEM é dividido em dois. Os modos são então conhecidos como TE ou elétrico transversal e TM ou magnético transversal.

Os cabos coaxiais têm amplas aplicações para televisores. Foi usado principalmente para telefones em meados do século vinte.

Linhas de transmissão Microstrip:

Uma rede de microfita é basicamente um pequeno plano condutor, colocado paralelamente à superfície do solo. Ele pode ser projetado colocando-se um plano metálico fino e plano na lateral de um PCB. A superfície oposta deve ser o plano do solo. A impedância característica da linha do tipo microtira depende dessa faixa condutora. A altura, largura e coeficiente dielétrico da faixa condutiva fornecem a impedância característica. Um ponto a ser lembrado que a linha do tipo microtira é uma estrutura aberta enquanto o cabo coaxial é uma estrutura fechada.

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Campo elétrico e magnético da linha de transmissão Microstrip,

Crédito de imagem: Dassault

Linhas de transmissão de par trançado:

Neste tipo de linha, onde pares de fios são montados juntos para formar uma única corrente ou um cabo é conhecido como linhas de transmissão de par entrelaçado. Esses tipos de linhas são usados ​​em comunicações telefônicas globais. Além disso, tem sido usado na circulação de dados dentro de edifícios. Este tipo não é econômico devido às suas propriedades.

640px Par trançado.svg

Imagem dos tipos de par trançado. Crédito de imagem - Spinningspark at en.wikipediaPar trançadoCC BY-SA 3.0

Quadrilátero estrela:

Star Quad é outra formação combinatória de fios. Ele usa quatro cabos e todos os condutores dos quatro cabos são torcidos e montados ao longo do eixo do cabo. Nesta formação, cada par usa um par distante para se conectar.

A forma combinatória de linhas de transmissão torcidas, balanceadas e quadrupolo tem vários benefícios, pois reduz o ruído, especialmente para uso de nível de sinal curto, como cabos do microfone.

Linha de transmissão

Imagem descritiva de um cabo quad estrela, fonte da imagem - Spinningspark at en.wikipediaQuadra de DMCC BY-SA 3.0

Esse tipo de linha tem aplicações em telefonia a quatro fios, aplicações de dois fios.

Também induz alta capacitância, o que causa distorção e perdas adicionais.

Aplicações de linhas de transmissão | Usos de linhas de transmissão

As linhas de transmissão têm vários benefícios em relação aos cabos elétricos regulares em domínios específicos. Por isso tem várias aplicações. Vamos discutir alguns deles.

  • As potências eletromagnéticas são fornecidas em domínios de alta frequência com perda mínima. Cabos de TV e rádio para conectar as antenas é um dos exemplos mais famosos.
  • Eles também são usados ​​para a geração de pulsos ao carregar e descarregar essas linhas. Um exemplo significativo deste tipo de linha é - Linha de Transmissão Blumlein. Os radares também têm várias aplicações desse tipo.
  • Estes também são aplicados em stub filtros. Os filtros stub são normalmente conectados em uma conexão paralela e poder de transferência da origem aos destinos.

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