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Ing. Martín Lema1 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
SEMINARIO:LINEAS DE TRANSMISIÓN
Ing MARTÍN LEMA
ORGANIZA: DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
24 de Mayo de 2013
Ing. Martín Lema2 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Objetivos de la presentación
Presentado por:
Ing Martín Lema
martin.lema@multiradio.com.ar
Explicar lo que no está fácilmente accesible en Internet. Describir con gráficos y palabras simples el funcionamiento de las líneas de transmisión y sus accesorios.
Entendiendo el funcionamiento se sacaráverdadero provecho de la cantidad de información disponible en Internet
Ing. Martín Lema3 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
CONTENIDO DE LA CHARLA DE HOYCables coaxiales en general
Distintos tipos de cablesAtenuación Resistencia en RF de conductoresFrecuencia de corte de los coaxiales
Cables coaxiales para alta potencia (broadcasting)Potencia mediaPotencia picoFactores de reducción (derating)
Cables radiantesBreve introducción
Ing. Martín Lema4 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conectores para cables coaxialesGeneralidadesZonas de contactoDistintos tipos de conectoresAtenuación típica de conectoresConceptos de PIM y ROE
Guías de ondaConceptos básicosBandas de utilización-atenuaciónModos de propagaciónTipos de bridas (flanges)Accesorios
Ing. Martín Lema5 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Microstrip
Par trenzadoCable coaxial Guia de onda
(técnicamente no es una línea de transmisión)
Lineaabierta
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Ing. Martín Lema6 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Las medidas se expresan como fracción de pulgada 1/2”, 7/8”etc
Las medidas se expresan como pulgada decimal 0.500, 0.875 etc
Optimizan el manejo de potencia en sacrificio de atenuación
Optimizan la atenuación en sacrificio del manejo de potencia
De aplicación general en sistemas de radiocomunicaciones
De aplicación general en TV por cable, tramas E1 y en general en tendidos muy largos
COAXIALES DE 50 Y 75 OHM
50 Ω 75 Ω
COAXIALES DE 50 Y 75 OHM
50 Ω
Ing. Martín Lema7 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Mas liviano y mas barato
Atenuación y manejo de potencia casi similar
Menos tentador para los ladrones Tentación irresistible
para los ladrones de cobre
Mas flexible y maleable
Se puede conexionar con herramientas comunes (sierra y cutter)
Necesita de herramientas adecuadas para conexionar
Muy duro y poco flexible
ALUMINIO VS COBRE
ALUMINIO PARED LISA COBRE PARED CORRUGADA
Mayor costo por punta (por mano de obra y herramientas)
Menor costo por punta (por mano de obra y herramientas) ideal para pocos metros y pocas puntas
Ing. Martín Lema8 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
El mas barato
Muy flexible
menos flexible y maleable
Menor atenuación y mucha menor generación de productos de intermodulaciónpasiva (PIM)
Mayor atenuación
ALTO GRADO DE INTERMODULACION PASIVA
Se arma con herramientas manuales
MALLADO Vs CONDUCTOR EXTERIOR SÓLIDO
MALLADO EXTERIOR SÓLIDO
Ing. Martín Lema9 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
ANTENAS DISTRIBUIDAS (Cables radiantes)
Cable radiante para comunicaciones tren-tierra subterráneos de Buenos Aires
Detección de intrusión
Ing. Martín Lema10 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO DE LOS CABLES COAXIALES
1937 1953 1965 1971 1975 1978 1999 2000 2004 2008
Cables de
conductores
lisos y
dieléctrico
de aire
HELIAX
Cables
corrugados
con
dielectrico
de aire
Cables
corrugados
con
dieléctrico
de espuma
patentados
por Andrew
Cab
le u
ltra
flex
ible
Cable
corrugado
de aluminio
como
alternativa al
cobre
Cables
corrugados
LDF
Cables
corrugados
VXL
flexibles
AVA cable Los cables de
aluminio
CommScope FXL
introducidos en
1998, se unen al
portfolio
deAndrew en 2008
como una
alternativa de bajo
costo al cable de
cobre
Micro-Cables
Ing. Martín Lema11 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
FA α=
ATENUACIÓNEN ALTA FRECUENCIA (> 2 MHz) Para cualquier cable coaxial, la atenuación puede aproximarse bastante bien por la fórmula
Donde
A= Atenuación en dB por unidad de longitud
Constante que depende de características geométricas y eléctricas
=α
Ing. Martín Lema12 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Variación de α con la frecuencia
Especificadohasta [GHz]
HJ8 8 (3" aire) 1.64LDF6 (1-1/4" foam) 3.3LDF5 (7/8" foam) 5LDF4 (1/2" foam) 8.8LDF1 (1/4" foam) 15.8
Tipo de cable
Ing. Martín Lema13 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿ Como se calcula alfa ?
+=
d
DdD
c
ln
11
786.0α
ALFA
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ALFA
D y d en mm y 0.786 es una constante que surge de los materiales y de las unidades (este valor es para cobre). F en MHz
Observar que
Los mejores valores comienzan con D/d > 2
tiene un mínimo entre 3 y 4, mas precisamente en 3.59
r1/r2
Ω=→==
506.2/
)/log(122
ZdD
dDZ
)(100/ mHzFmdB→α
Ing. Martín Lema14 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Muuuy casero.. PERO ESTIMA BIEN LA ATENUACIÓN
D en mm
Ejemplo: Cable 7/8”Frecuencia Tabla Calculado Aproximado
100 1.19 1.17 1.2108 1.24 1.21589967 1.247076581150 1.47 1.4329515 1.469693846200 1.72 1.65462987 1.697056275300 2.13 2.02649944 2.078460969400 2.49 2.34 2.4450 2.65 2.4819448 2.545584412500 2.81 2.61619953 2.683281573512 2.84 2.64740779 2.71529004600 3.1 2.865903 2.939387691700 3.37 3.09552903 3.174901573800 3.63 3.30925974 3.39411255824 3.69 3.35853182 3.444648023894 3.87 3.49828043 3.587979933960 4.02 3.62511241 3.718064012
1000 4.12 3.69986486 3.7947331921250 4.67 4.13657467 4.2426406871500 5.18 4.53139052 4.6475800151700 5.56 4.82403358 4.9477267511800 5.75 4.9638896 5.0911688251900 5.93 5.09991176 5.2306787322000 6.11 5.23239907 5.3665631462200 6.46 5.48778644 5.6284989122300 6.63 5.61112288 5.754997828
0
1
2
3
4
5
6
7
0 500 1000 1500 2000 2500
Tabla
Calculado
Aproximado
α α
exterior interior Calculado AproximadoHJ8 8 (3" aire) 72.4 29 0.041490182 0.041436464LDF6 (1-1/4" foam) 35.8 13.1 0.081520342 0.083798883LDF5 (7/8" foam) 24.9 9 0.116838196 0.120481928LDF4 (1/2" foam) 14 4.6 0.203964253 0.214285714LDF1 (1/4" foam) 7.7 2.6 0.372462287 0.38961039
Tipo de cableDiametros en mm
D
3=α 1009.24
32.1 =
Ing. Martín Lema15 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Valores de α para los cables mas comunes
Tipo de cable Nro parte Andrew α
db cada 100m y F en MHz
1/2" r ígido LDF4 0.2310
7/8" flexible VXL5 0.0141
7/8" r ígido LDF5 0.0130
1-1/4" r ígido LDF6 0.0929
1-5/8" r ígido LDF7 0.077
Superflexibles
1/4" superflexible FSJ1 0.619
1/2" superflexible FSJ4 0.373
Ing. Martín Lema16 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿Dónde se pierde la potencia?
• En el dieléctrico
• En los conductores
Lo que vuelve por reflejada depende mas de los conectores que del cable y está en el orden de 26 dB(0.2%). Lo que se pierde por radiación es del orden de 70 dB (0.00001%) –PRACTICAMENTETODO SE PIERDE EN CALOR-
Ing. Martín Lema17 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Cálculo mas fino de la atenuación separando perdidas en el cobre y en el dieléctrico
+=
d
DdD
c
ln
11
786.0α
Observar queLa atenuación en el conductor crece con la raíz de la frecuencia, mientras que la debida al dieléctrico crece linealmente con la frecuenciaEn frecuencias comunes de uso de cables coaxiales como bajada deantena la atenuación en el conductor es muchas veces mayor que la debida al dieléctrico
Frd ⋅⋅⋅= δεα tan91
Permitividad eléctrica relativa (cuanto mas grande mas carga puede acumular con el mismo campo eléctrico)
Tg del ángulo de pérdidas (cuanto mas chica menos capacidad tiene de disipar energía electromagnética).
Ing. Martín Lema18 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplos para cables de ¼” y 7/8”
Atenuación cable 7/8"en 100 metros
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 500 1000 1500 2000 2500
Tabla
Cobre
Dielectrico
Compuesto
Frecuencia Tabla Cobre Dielectrico Compuesto100 1.19 1.08 0.07 1.15108 1.24 1.13 0.07 1.20150 1.47 1.33 0.10 1.43200 1.72 1.53 0.13 1.67300 2.13 1.88 0.20 2.08400 2.49 2.17 0.27 2.44450 2.65 2.30 0.30 2.60500 2.81 2.43 0.33 2.76512 2.84 2.45 0.34 2.80600 3.1 2.66 0.40 3.06700 3.37 2.87 0.47 3.34800 3.63 3.07 0.54 3.60824 3.69 3.11 0.55 3.66894 3.87 3.24 0.60 3.84960 4.02 3.36 0.64 4.00
1000 4.12 3.43 0.67 4.101250 4.67 3.83 0.84 4.671500 5.18 4.20 1.00 5.201700 5.56 4.47 1.14 5.611800 5.75 4.60 1.20 5.811900 5.93 4.73 1.27 6.002000 6.11 4.85 1.34 6.192200 6.46 5.09 1.47 6.562300 6.63 5.20 1.54 6.74
Cable de 7/8" LDF5
Frecuencia Tabla Cobre Dielectrico Compuesto100.00 4.05 3.70 0.07 3.77108.00 4.21 3.85 0.07 3.92150.00 4.99 4.53 0.10 4.63200.00 5.80 5.23 0.13 5.37300.00 7.17 6.41 0.20 6.61400.00 8.34 7.40 0.27 7.67450.00 8.88 7.85 0.30 8.15500.00 9.39 8.27 0.33 8.61512.00 9.51 8.37 0.34 8.71600.00 10.40 9.06 0.40 9.46700.00 11.20 9.79 0.47 10.26800.00 12.10 10.46 0.54 11.00824.00 12.30 10.62 0.55 11.17894.00 12.80 11.06 0.60 11.66960.00 13.30 11.46 0.64 12.11
1000.00 13.60 11.70 0.67 12.371250.00 15.40 13.08 0.84 13.921500.00 17.00 14.33 1.00 15.331700.00 18.30 15.25 1.14 16.391800.00 18.90 15.70 1.20 16.901900.00 19.50 16.13 1.27 17.402000.00 20.00 16.55 1.34 17.882200.00 21.10 17.35 1.47 18.832300.00 21.60 17.74 1.54 19.28
Cable de 7/8" LDF1
Atenuación cable 1/4"en 100 m
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00
Tabla
Cobre
Dielectrico
Compuesto
Ing. Martín Lema19 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Resistencia de un conductor en RF
EFECTO PELICULAR
En RF se presenta un fenómeno llamado efecto pelicular, la corriente tiende a circular por la superficie del conductor, estimando que el 99% de la densidad de corriente se da en una profundidad de algunos micrones cuando la frecuencia es de varios MHz
µσπδ
...
1
f=
Donde
= profundidad de penetración (en mm)f= Frecuencia (en MHz)
= Conductividad (mhos por metro inversa de la resistividad)µ=permeabilidad magnética (Henry por metro)=4 π 10-7
δσ
Ing. Martín Lema20 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Campo magnético
Tiene origen en las Corrientes de Foucalt
(observar que en el interior se oponen a la corriente principal
Densidad de corriente resultanteDensidad de
homogénea
EFECTO PELICULAR
Calor
Ing. Martín Lema21 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Densidad de corriente
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 5 10 15 20
Micrones
Cor
rient
e Distribucion real de la corriente
simplificación para calcular laresistencia
xfsx eii )( µσπ−=
µσπfii xxtotal
1
0
=∂= ∫∞
La corriente total que pasa es la integral entre 0 e infinito de la distribución de corriente que en el caso de este ejemplo (Cobre a 1GHz) vale 2.08, el área del rectángulo de alto 1 y ancho 2.08 tiene el mismo área equivalente , pero con distinta distribución. Por eso se usa este ancho con distribución uniforme para el cálculo de la resistencia aunque NO ES LA DISTRIBUCIÓN REAL y hay corriente hasta varias veces la profundidad de penetración
Ing. Martín Lema22 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplo Num érico (para distintos metales)
µσπδ
...
1
f=
Un pelo mide 50 micrones de diámetro
En un conductor de cobre del tamaño de un pelo (50 micrones) a 1 GHz la corriente es despreciable a los 10 micrones de la superficie y –para cálculo- puede considerarse COMO SI circulara con densidad uniforme (como en CC) en los 2 primeros micrones
Frec 1000 MHz
Material Conductividad MicronesCobre 5.85E+07 2.08Aluminio 3.54E+07 2.67Plata 6.29E+07 2.01Oro 4.55E+07 2.36
Ing. Martín Lema23 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿ Con este dato, como calculo la resistencia en RF de un conductor?
Un conductor circular de diámetro D se transforma (A los efectos de cálculo para RF) en una chapa de ancho ¶ x D y espesor δ, por lo tanto su superficie es de S= ¶. D. δ
Ing. Martín Lema24 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
La resistencia por metro queda entonces dada por
Ejemplo numérico para un conductor de 24.5 mm diametro (como el conductor exterior de un 7/8) y 100 metros de largo en aluminio,cobre, plata u oro
σδπρ 1
...
1
DSR ==
Material Conductividad MicronesResistencia en 100 metros (Ohm)
Cobre 5.85E+07 2.08 10.67Aluminio 3.54E+07 2.67 13.72Plata 6.29E+07 2.01 10.29Oro 4.55E+07 2.36 12.11
¿Será por eso que no hay
cables de oro ?.En CC el cobre es 65% mas conductivo que el aluminio en RF solo un 30%
0.118 Ω en CC
Ing. Martín Lema25 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Frecuencia de corte
En un cable se busca que la propagación sea en modo TEM (Transverso Electro Magnético), esto ocurre hasta la frecuencia de corte, por encima de esa frecuencia aparecen modos indeseados que se propagan con distinta velocidad de fase e interfieren con el modo principal.
La frecuencia puede calcularse como
Donde Fc está en GHz , D y d están en mm y vale 1.6 para Foam
r
CdD
Fε)(
191
+=
rεFrec Corte Especificado
exterior interior Calculada [GHz] hasta [GHz]HJ8 8 (3" aire) 72.4 29 1.67 1.64LDF6 (1-1/4" foam) 35.8 13.1 3.46 3.3LDF5 (7/8" foam) 24.9 9 4.99 5LDF4 (1/2" foam) 14 4.6 9.09 8.8LDF1 (1/4" foam) 7.7 2.6 16.41 15.8
Diametros en mmTipo de cable
Ing. Martín Lema26 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Hasta la frecuencia de corte el cable funciona en modo TEM (Transverso Electro Magnético)
Ing. Martín Lema27 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Cables de alta potencia para broadcasting
Además de la atenuación los parámetros importantes para la selección de un cable son
• La potencia media que soporta
• La tensión pico que soporta
Ing. Martín Lema28 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Potencia media
Debido a que un cable es un elemento disipativo prácticamente toda la energía que se le aplica a una punta y no sale en la otra punta del cable se disipa en forma de calor. Otros efectos como ser pérdidas por radiación (de RF) o efectos mecánicos son absolutamente despreciables frente al fenómeno principal que es la disipación de calor.
La cantidad de energía que se transforma en calor es función directa de la atenuación del cable, ya que la atenuación es un fenómeno puramente disipativo. La potencia media máxima es entonces función de la atenuación (por la cantidad de calor que genera) y de la capacidad de disipación (cantidad de calor que puede sacar)
Ing. Martín Lema29 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Capacidad de disipación
La capacidad de disipación del cable es directamente proporcional su diámetro y en particular al del conductor interior (el que más calienta). En los cables coaxiales la relación de diámetros determina la impedancia, por lo que en principio podría utilizarse cualquiera de los dos diámetros para el cálculo (ya que su relación es de aproximadamente 2.5 para cables de 50 Ω).
Para este trabajo se usa el diámetro del conductor interior ya que algunos cables de alta potencia usan una relación distinta de diámetros (el interior mas grueso que lo que se utilizaría en baja potencia con la misma atenuación).
Ing. Martín Lema30 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
La potencia disipada por unidad de longitud está determinada por la siguiente fórmula:
Donde Pdis es la potencia que permite disipar por unidad de longitud (en watt por metro)
P es el perímetro del conductor interior del cable K es una constante de proporcionalidad que depende de los materiales
constructivos (sobre todo de la capacidad de soportar altas temperaturas del separador entre los conductores interior y exterior).
A es una constate que determina cuanto se limita la capacidad dedisipación cuando aumenta la frecuencia. En cables de alta potencia y frecuencias < 1 Ghz este factor es de magnitud tal que no resta mas del 20% en todo el rango de frecuencias de utilización del cable
Ing. Martín Lema31 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Potencia PicoEste parámetro evalúa la máxima tensión a la que puede
someterse un cable sin que se formen arcos por ionización en el dieléctrico del mismo.
Observar que en RF no se suele hablar de voltajes sino de potencias, siendo la relación entre estos la impedancia característica del cable (que se supone cargado con la impedancia correcta)
Donde P es la potencia (en Watt)V es la tensión RMS de RF (en Volt)Z es la impedancia (en Ohm)
Ing. Martín Lema32 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Dado que el fenómeno de ionización es independiente de la frecuencia de la tensión aplicada al cable, para los fines prácticos los fabricantes de cable garantizan la tensión máxima aplicable de RF (a cualquier frecuencia) o bien mediante una medición en corriente continua y aplicando un factor de seguridad. Si se especifica en CC es práctica habitual utilizar un factor de seguridad de 2:1 o sea, se realiza la medición en CC a una tensión que es el doble de la máxima recomendable para ese cable.
El fenómeno de ionización es función pura del voltaje aplicado, y debe considerarse la tensión pico de la RF aplicada.
Ing. Martín Lema33 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Para una onda senoidal de una determinada potencia, la tensión pico de RF es raiz de 2 veces mayor que la tensión RMS,
De donde
Si asumimos que Z= 50Ω
V es la tensión pico de RFCuando los campos eléctricos superan los 30 Kv/cm comienza a ser
importante el efecto corona por lo que en esas condiciones aparece un nuevo limitante.
Tener en cuenta que siempre un
cable de antena transporta señales
moduladas y el factor de forma es
superior a 1
Ing. Martín Lema34 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
En el caso de dieléctrico gaseoso (Aire seco u otro gas), la presión del gas tiene un factor de mucho peso en la tensión de ruptura y por lo tanto en la potencia pico que soporta el cable, aplicándose la fórmula de Paschen
Donde Vp es la tensión de ruptura a una presión dada “p”a es una constante que vale 365 V.Torr/cm para aire secob es una constante que vale 12.8 tambien para aire secop es la presión en TorrTener en cuanta de usar D-d en Cm para aplicar esta fórmula.
Ing. Martín Lema35 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Cálculo de la potencia pico a presión normal en dieléctrico de aire seco (Ppico)
Asumiendo no superar un campo eléctrico de 370 Kv/m (valor con un margen de seguridad de casi 3.3 para no establecer ionización en condiciones normales) una fórmula simple para estimar la máxima tensión admisible es:
Ing. Martín Lema36 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Frecuencia Aten Cálculo Pot media calc Aten Manual Pot media manual0.5 0.03 929.95 0.024 999.85
1 0.04 658.30 0.034 704.911.5 0.04 537.94 0.042 574.25
2 0.05 466.18 0.049 496.3710 0.11 209.63 0.111 218.1520 0.16 148.71 0.159 152.2830 0.20 121.66 0.197 123.1350 0.25 94.44 0.258 93.9388 0.34 71.28 0.35 69.28
100 0.36 66.87 0.376 64.62108 0.37 64.33 0.392 61.95150 0.44 54.51 0.47 51.68174 0.48 50.55 0.51 47.58200 0.51 47.07 0.552 44300 0.62 38.11 0.695 34.94400 0.72 32.65 0.821 29.57450 0.76 30.61 0.88 27.6500 0.81 28.86 0.936 25.93512 0.81 28.47 0.949 25.57600 0.88 26.00 1.044 23.26700 0.95 23.73 1.145 21.19800 1.02 21.87 1.242 19.54824 1.03 21.47 1.265 19.19894 1.08 20.39 1.33 18.25960 1.12 19.47 1.39 17.46
1000 1.14 18.95 1.426 17.03
Ejemplo Cable CommScope Andrew HJ11
K =0.138 (para cálculo de potencia disipada por metro)
A =0.0015 (para cálculo de la disminución de capacidad de disipación por la frecuencia)
Ing. Martín Lema37 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplo de cálculo de la tensión pico para los cables HJ11 y HCA400
Observar que el cable HJ11 se especifica como 21Kv DC por eso para cálculo se pone la mitad o sea 10.5 kV
Cable D-d V manual V calc P manual PcalcHCA400 25.35 9.7 9.3795 940 879.4845HJ11 29.05 10.5 10.7485 1100 1154.954
Ing. Martín Lema38 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Comparacion de la especificación de tensión máxima expresada mediante valor de RF o de la medición en CC
Ejemplo con cable HJ11
Este cable tiene una potencia pico especificada de 1100Kw
Asumiendo el criterio establecido por los fabricantes de probar un cable en CC a una tensión del doble que la máxima recomendada de RF, a que tensión debería probarse un cable para soportar una potencia pico de 1.1 Mw?
= 10488 Volt
O sea que éste cable debería verificar una medición en CC de 20976 Volt (este cable está especificado con una tensión de prueba de CC de 21000V
Ing. Martín Lema39 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplo real de 3 portadoras moduladas de 1 Kw cada un a
Potencia total transportada por el cable: 3 Kw
Tensión a la que está sometido el cable
Para 1 Kw (asumiendo senoidal)
V=316V
A su vez las componentes de las distintas portadoras se suman instantáneamente (tienen distinta amplitud y fase) pero el peor caso de da cuando coinciden los tres máximos
Vmax=316+316+316=948 V
PPico= 948^2/50=17.97 Kw
1000502 ××=V
Ing. Martín Lema40 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 100 200 300 400 500 600
Portadora 1
Portadora 2
Portadora 3
Suma Vectorial
La tensión resultante resulta de la suma de los valores instantáneos de sus componentes, observar la distinta forma de onda y con unarelación mucho mayor respecto del pico al valor medio en la resultante que en sus componentes.
Graficando la tensión con tres portadoras de 1 Kw (316 V cada una)
Señales moduladas de aprox la misma frecuencia
Ing. Martín Lema41 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Potencia compuesta
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 50 100 150 200 250
Wat
ts Potencia compuesta
Lineal (Potencia compuesta)
Potencia instantánea
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 500 1000 1500 2000 2500
Wat
ts
Pot Portadora 1
Pot Portadora 2
Pot Portadora 3
Potencia compuesta
Potencia RMS Port 1 1078.9971Potencia RMS Port 2 1043.6969Potencia RMS Port 3 1086.60669Potencia compuesta 3167.14877
Viendo estos gráficos queda bien clara la diferencia entre una portadora de 3 Kw y 3 portadoras de 1 Kw , el valor medio es el mismo pero los valores instantáneos no se parecen en nada!
Potencia pico
(316X3)^2/50=17.9 Kw
Ing. Martín Lema42 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Factores de reducción (derating factors)
Los valores máximos especificados en los manuales de cables están siempre referidos a condiciones ideales (25°, nivel del mar, a la sombra, etc), que CASI NUNCA coinciden con las reales de instalación. Por lo tanto deben considerarse factores de reducción “derating factors”
Los principales son:
• ROE
• Temperatura ambiente
• Altitud
• Radiación solar
Ing. Martín Lema43 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Factor de reducción por ROE
El factor de reducción por ROE puede calcularse con la siguiente fórmula:
El factor F1 depende del tipo de cable y la frecuencia
Ejemplo
Cable 3” F=560 MHz F1=0.05, VSWR =1.1
DF=0.99
Ing. Martín Lema44 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Factor de reducción por temperatura ambiente
Ing. Martín Lema45 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Factor de reducción por altura
Ejemplo, el factor de reducción para Córdoba (Capital) que está a menos de 1524 metros es de 0.92 para potencia media y 0.69 para potencia pico
Ing. Martín Lema46 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
1MJ/m2 en un período de 24 horas equivale a 11.6 W/m2
1MJ=10^6J 1W=1J/Seg
Ejemplo:
Córdoba 22 MJ/m2=255 W/m2
El factor de reducción es 0.85
Factor de reducción por radiación solar
Ing. Martín Lema47 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplo¿Cuánto soporta un cable de 3” HJ8 en Córdoba capital para un sistema de TV
digital con F=560 MHz y una VSWR estimada de 1.1?
Del manual
Potencia media a 560 MHz=15 KwPotencia pico 640 Kw
Factores de reducción (tomados de los ejemplos anteriores)
Por VSWR=0.99Por temperatura=1Por altura=0.92 para potencia media, 0.69 para picoPor radiación solar=0.85
Potencia media que soporta:15KW x 0.99 x 0.92 x 0.85= 11.61 KWPotencia pico que soporta: 640 KW x 0.99 x 0.69 = 437 Kw
Ing. Martín Lema48 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Principales parámetros a tener en cuenta
Ing. Martín Lema49 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ing. Martín Lema50 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
ANTENAS DISTRIBUIDAS (Cables radiantes)
La aplicación típica es túneles
De modo acoplado
De modo radiante
Ing. Martín Lema51 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
La radiación del cable de modo acoplado se fundamenta en la dispersión sobre objetos cercanos
En teoría, en el espacio libre no irradian ya que los campos generados por las ranuras se cancelan mutuamente
Son típicamente aperiódicos (no tienen una banda de trabajo definida)
La radiación del cable de modo radiante se fundamenta en la radiación generada en las ranuras que no se cancelan como en los de modo acoplado
La presencia de objetos cercanos hace que muchas veces también irradien por dispersión
Son típicamente sintonizados (tienen bandas de trabajo definidas y bandas de rechazo)
Ing. Martín Lema52 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Parámetros de cables radiantes
Atenuación longitudinal: Como cualquier cable, se mide en dBcada 100 mts. Típicamente está en el orden de algunos dBcada 100 mts. Pueden estimarse de la misma manera que los cables coaxiales normales de la misma medida. Es muy poco lo que se pierde por radiación
Pérdidas de acoplamiento. Se mide en dB. Es la relación entre la potencia “dentro” del cable y la recibida por un receptor a 2 mts del cable.(u otra distancia según el fabricante)
Típicamente está entre los 50 y los 80 dB y se especifica para el 50% de las mediciones o el 95% de las mediciones
Ing. Martín Lema53 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Grafica de las pérdidas en un sistema de cable radiante
Ing. Martín Lema54 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿QUE TAL SI HACEMOS UN CORTE?
Ing. Martín Lema55 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
CONECTORES
Ing. Martín Lema56 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Partes de un conector
Lado interfase está estandarizado, por ejemplo N, DIN, SMA. Del lado interfase son todos compatibles independientemente de quien lo fabrica
Lado cable no está estandarizado y el conector debe estar hecho para el cable en particular donde se lo va a utilizar.
Ejemplo Conector N macho para cable Belden 9913
Lado interfase
Lado cable
Ing. Martín Lema57 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿Dónde hace contacto un conector?
La corriente se distribuye en los primeros micrones tanto del pin central como de la corona exterior.
La “parte de afuera” del conector no conduce corriente
Por tal razón la precisión y limpieza es fundamental solo en el interior de un conector, por fuera puede estar sucio, mojado, rayado que no impacta en el funcionamiento del mismo.
Ing. Martín Lema58 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ejemplo de conector DIN 7/16
Ing. Martín Lema59 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Interfase DIN 7/16 armado y ajustado
Ing. Martín Lema60 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
La tuerca externa NO FORMA PARTE DEL CIRCUITO ELÉCTRICO por lo tanto por mas que se ajuste no altera la conexión.
Los conectores deben ajustarse con el torque adecuado y es solo por cuestiones mecánicas, para que no se afloje ni haya falsos contactos. EL TORQUE NO AFECTA LAS CARACTERÍSTICAS DEL CONTACTO SI ESTÁ EN LOS VALORES ADECUADOS.
Si está flojo puede producir falsos contactos o falta de estanquidad, si está demasiado ajustado pueden producirse deformaciones permanentes y deformación del área de contacto con peor desempeño eléctrico.
ES PEOR MUY AJUSTADO QUE AJUSTADO POR DEBAJO DEL TORQUE
Ing. Martín Lema61 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Torque
Todos los conectores deben ajustarse con el torque recomendado por el fabricante. Como regla general generalmente se recomienda aproximadamente entre 1.7 y 2.3 Newton x Metro para los conectores “N” y entre 25 y 30 Newton x Metro para los DIN 7/16
Ing. Martín Lema62 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Si no tengo torquímetro ¿Cómo lo ajusto?
Después de ajustado al tope sin hacer fuerza EXTRA,
Ajustar 1/12 de vuelta mas
(1/2 hexágono de la tuerca)
LOS MOLETEADOS A MANO!
PARA ESO ESTÁ EL MOLETEADO
Y LOS QUE TIENEN TUERCA HEXAGONAL:
Ing. Martín Lema63 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo DIN 7/16 (Conocido como DIN)
El conector mas difundido en equipos y antenas de sistemas de telefonia celular. Está optimizado para manejar sistemas de portadoras múltiples con alta potencia (bajo PIM). Es robusto y soporta instalaciones en serie con personal poco calificado. El lado interfase viene siempre armado en fábrica. DIN significa DeutschesInstitut fur Normung 7/16 son las dimensiones en mm del pin central y la corona externa
Frecuencia máxima utilizable: 5 GHz
Potencia máxima utilizable: 1300 Watts (2700V pico)
Ing. Martín Lema64 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo N
El conector mas difundido sobre todo en equipos y filtros. Es típico en instrumentos. Ya casi no se usa en antenas de redes celulares. Los hay de 75 ohm. Está pensado para optimizar ROE y no PIM. Algunas versiones requieren ajuste del pin central contra el plano de referencia. El que lo inventó se llamaba Neil, de ahí la “N”..Otros dicen que la N viene de Navy
• Frecuencia máxima utilizable: 11 GHz• Potencia máxima utilizable: 600 Watts (1500V pico)
Ing. Martín Lema65 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo BNC
Es típico en instrumentos. Los hay de 75 ohm y se usaban en las primeras redes o en tramas E1. Está pensado para muchos ciclos de conexión y desconexión (por eso no tiene rosca que se desgasta y es bayoneta). Los que lo inventaron se llamaban Neil (el mismo del N) y Concelman, de ahí la “BNC”, La B es por Bayoneta.
El de 75 se distingue del de 50 porque no tiene aislador en el pin centralFrecuencia máxima utilizable: 4 GHzPotencia máxima utilizable: 80 Watts (500V pico)El macho N entra en una hembra BNC, pero no lo contrario
Ing. Martín Lema66 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo TNC
Es típico en equipos de microondas, es la misma interfase que el BNC pero con rosca. Los que lo inventaron son los mismos que el “BNC”, ( Neil y Concelman), La T es por Treaded (roscado).
Frecuencia máxima utilizable: 11 GHzPotencia máxima utilizable: 300 Watts (500V pico)
Ing. Martín Lema67 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo SMA
Es típico en equipos de microondas, soportan muy baja potencia, pero muy alta frecuencia. No están pensados para muchos ciclos de conexión-desconexión. La rosca es muy delicada y debiesen ajustarse con torquímetro. SMA significa Sub Miniature version A. Hay versiones B y C y se llaman SMB (totalmente distinto y sin rosca) y SMC (con rosca de paso grueso)
Frecuencia máxima utilizable: 30 GHzPotencia máxima utilizable: 100W, (500V pico)
Ing. Martín Lema68 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector Polaridad invertida
Son los mismos que antes, pero cambiado el pin macho por uno hembra y viceversa. El mas típico es el denominado “SMA MACHO INVERTIDO”
No tienen explicación técnica, surgieron por un requisito del marco regulatorio de USA donde ciertos equipos (típicamente Acess Points) tenían que tener un conector de antena incompatible con las antenas existentes, para que nadie hiciera una conexión “inadvertidamente”.
Ing. Martín Lema69 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
MCX y MMCX
MMCX MCX
Ampliamente difundidos en equipos de wireless LAN.
Frecuencia máxima utilizable: 6 GHz
Potencia máxima utilizable: no especificada, la tensión máxima es 335 V pico para MMCX y 500 V pico para MCX
Ing. Martín Lema70 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo “F”
Es el habitualmente utilizado en la acometida a usuario en los sistemas de TV por cable
Frecuencia máxima utilizable: 3 GHz
Potencia media máxima especificada: 15W
ES UN CONECTOR DE 75 OHM
Ing. Martín Lema71 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Conector tipo “UHF” (PL259-SO259)
El mas antiguo (es de 1930) y aún en uso, típicamente en equipos de radio de HF, VHF y algunos de UHF. No tiene impedancia definida. Es muy facil de armar con herramientas simples.
Frecuencia máxima :300 MHz (por diseño) se lo usa hasta 800 MHz
Potencia máxima hasta 300W en UHF y 1 Kw en HF
Ing. Martín Lema72 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
• Conectores EIA FLANGE (7/8 1-5/8, etc)
Típicamente utilizados en broadcasting debido a que están diseñados para alta potencia. No hay machos ni hembras, es como si fueran todos hembras y hay un pin macho-macho que permite hacer la conexión. No confundir la medida del flange(7/8, 1-5/8, ETC) con la medida del cable.
Antiguamente se usó en algunos enlaces de microondas < 2GHz
Ing. Martín Lema73 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿Cuánto atenúa un conector?
Aten en Db y F en GHz
fAten 06.0=fRFleak −= 90
¿Cuánta RF se le “escapa” a un conector?
RF leak en dB y F en GHz
En la práctica y para los cálculos de enlace, la atenuación de un conector (o sea la pareja macho-hembra) puede considerarse 0.1 dBcualquiera sea el tipo de conector
Ing. Martín Lema74 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Resumen de manejo de ptencia(sacado del catálogo 38 de Andrew)
Ing. Martín Lema75 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Explicación de VSWR (ROE)
En un sistema TX-Cable-Antena. El TX aplica una cierta potencia al cable, en éste, parte se disipa (en calor) y parte se transmite a la antena. Si la antena estuviese perfectamente adaptada al cable, TODA la potencia que recibe la aceptaría (la mayoría la irradia y parte la disipa en calor.
En la práctica siempre existe una cierta desadaptación, y esa energía que no puede ni transmitirse, ni disiparse ni acumularse vuelve a la fuente (TX) conformando la “potencia reflejada” (las irregularidades o desadaptaciones no son fenómenos disipativos)
Ing. Martín Lema76 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Definiciones DE LA MISMA COSA:
ROE : Relación de Ondas Estacionarias
VSWR: Es relación entre el voltaje máximo y el mínimo en una línea de transmisión resultantes de la combinación en fase o en contrafasede los voltajes incidentes y reflejados
Pérdida de retorno: Es la relación entre potencia incidente y reflejada expresada en dB
Coeficiente de reflexión: es la relación entre el voltaje incidente y el reflejado
Ing. Martín Lema77 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Fórmulas
Ejemplo
VSWR=1.50 (es lo mismo que ROE 1.5:1)
Coef_reflex= 0.2 (o sea que casi el 20% de la potencia vuelve)
Pérdida de retorno= 14 dB
[ ]
20
Re
10_
1
1_
_log20Re
_1
_1
tornoPérd
reflexCoef
VSWR
VSWRreflexCoef
reflexCoefdBtornoPérd
reflexCoef
reflexCoefVSWR
=
+−=
−=−+=
Ing. Martín Lema78 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Como las reflexiones ocurren en distintos puntos del sistema y con fases aleatorias, el valor máximo esperado es impredecible. Estadísticamente puede demostrarse que el máximo valor probable puede calcularse como la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de cada uno de los componentes. Otro método ( Empírico, mas simple y recomendado por Andrew) es sumar todos las potencias reflejadas y multiplicarlas por 0.7
PARA PODER SUMAR LAS POTENCIAS SIEMPRE LLEVARLAS A COEFICIENTE DE REFLEXÓN QUE ES EN VECES!
Ing. Martín Lema79 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Ing. Martín Lema80 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
• PIM y ROE
F interf= 2 x 1935 – 1975 = 1895
PIM= Passive Inter Modulation
Teorema de Shannon
Los problemas de PIM se
generan
principalmente en
contactos y
conectores
Ing. Martín Lema81 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
GUIAS DE ONDA
Elíptica, la mas usada como bajada de antena, fácil de instalar, se puede cortar a medida en campo con herramientas manuales. LA MAS USADA EN ENLACES STANDARD DE MICROONDAS
Rectangular, típicamente usada en accesorios como ser curvas, acoples flexibles (flex twists) transiciones, iluminadores, etc.
Circular, de aplicación cuando se requiere doble polarización o muy alta potencia o baja atenuación, difícil de instalar ya que son tramos rígidos. No se usa en enlaces típicos de microondas como bajada.
Ing. Martín Lema82 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
¿Qué es una guía de onda?
Te escucho bienPero bajito
Supongamos dos personas hablando por radio en un espacio despejado, el que transmite tiene potencia P y el receptor recibe la potencia P1
P1
P3
Pn
P2
La potencia P que transmite se dispersa en el espacio y solo P1 llega al receptor
∑ == n
i iPP1
P4
Ing. Martín Lema83 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Te escucho mas fuerte ahora
Te escucho fuertísimo.
¡ pero no entiendo lo que decís
Los caminos muy distintos pueden asociarse con el concepto de MODOS de propagación en las guías. Las señales dividen en distintos caminos que se propagan con distinta velocidad de fase y lo que llega a la otra punta es la suma de todos los componentes.
Para mejorar la situación pongo paredes metálicas que reflejen la potencia hacia el destino que quiero
∑= n
iPP1
El receptor recibe toda la potencia
Pero cada componente con retardos distintos
El receptor recibe la suma de P1+P2+P3
P2
P1
P3
P4Pn
Ing. Martín Lema84 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Te escucho fuertísimo.
¡ y ahora mucho mejor !!
Para evitar que existan distintos modos (visto en este ejemplo como caminos muy distintos) puedo hacer mi “guía” tan chica como sea posible y hacerla MONOMODO, pero hay que tener en cuenta que si es demasiado chica no propaga nada por debajo de cierta frecuencia
Esta analogía de caminos multitrayectos con los modos de propagación en guías de onda es solo a los efectos de explicar el fenómeno propagación
¡NO ES RIGUROSAMENTE CIERTA!
Ing. Martín Lema85 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Si uno de algún modo introduce energía electromagnética dentro de un contenedor conductor VACÍO ocurre lo siguiente:
Lo único que puede ocurrir es acumularse dentro, propagarse (si la forma lo permite) o volver a la fuente que lo generó.
Observar que si hay un elemento disipativodentro de la cavidad (ya no está VACIO), la emergía se convierte en calor en él.
La energía no puede salir del contenedor (la RF no atraviesa conductores)
La energía no puede convertirse en calor (se supone resistencia cero de los conductores)
La energía no puede desaparecer (contradeciría las leyes de la termodinámica)
Paredes conductoras
Plato y film
(dieléctricos)
Ing. Martín Lema86 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Condiciones de contorno básicas en un contenedor conductor cerrado con energía electromagnética dentro ( guías de onda)
Las ondas electromagnéticas no penetran conductores, siempre se reflejan
Cuando las líneas de campo eléctrico tocan un conductor, siempre son perpendiculares a él (o casi-perpendiculares en conductores reales)
Las líneas de campo magnético cercanos a un conductor son siempre paralelas a él
Las líneas de campo magnético son siempre cerradas
Ing. Martín Lema87 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Las ondas que se propagan dentro de la guía deben CUMPLIR CON LAS CONDICIONES DE CONTORNO y por lo tanto forman patrones denominados MODOS
Estos patrones pueden explicarse suponiendo la superposición de dos ondas TEM propagándose con un cierto ángulo entre ellas
Ing. Martín Lema88 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
°=== −− 78.469
557.611 senF
Fsen cθ
Ejemplo de cómo se forma el patrón
Frecuencia 9GHz en guía WR90 y una el doble de grande (similar a WR187) Dibujado en escala
Fc de la WR90=6.557 GHz
Ing. Martín Lema89 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
UNA INSTALACIÓN
TÍPICA COMO EJEMPLO
Ing. Martín Lema90 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Que significa plano E y plano H y plano transverso
Plano E = Easy (Fácil de doblar) El mas chico Plano H = Hard (difícil de doblar) El mas grande
Plano E
Plano E Plano Transverso
Plano HPlano H
Plano H
Plano E
Plano Transverso
Curva en Plano H
Ing. Martín Lema91 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Atenuación en guías de onda Las guías son básicamente filtros pasa-alto
Tienen una banda de utilización (en el modo principal) entre aprox 1.5 y 1.8 la F de corte (Elipticas).
A diferencia de los cables la atenuación baja con la frecuencia (en la zona de uso de modo dominante de la misma guía)
Un microcoaxialsemirígido de 3mm tiene una atenuación de deaprox 1.2 dB/m a 10 GHz y aprox 2 dB/m a 20 GHz
Observar que el cable tiene un ancho de banda enorme en comparación con la guía
Ing. Martín Lema92 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Observar lo siguiente:
A mayor frecuencia mayor atenuación (en distintas guías)
Sin embargo para una misma guía la atenuación baja si se usa a frecuencias mas altas
Las circulares (identificadas como WC) atenúan mucho menos que las elípticas (identificadas como EW)
Cuadro resumen de atenuación en guías de 2 a 30 GHz
Tomado del catálogo 38 de Andrew. La denominación de las guias siguen el criterio de Andrew (Ej:EW17 Elíptica para 1.7 GHz)
Ing. Martín Lema93 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Que significa TE10 en una guia rectangular?Transverso eléctrico (el campo eléctrico está en el plan o transverso) y entra una ½ longitud de onda en el “anch o” de la guía de onda. Es el modo mas bajo que propaga en una guía rectangular
TE10
Transverso Eléctrico
Entra 0 media lambda en el plano mas angosto
Entra 1 media lambda en el plano mas ancho
Ing. Martín Lema94 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Modos Transverso eléctrico y Transverso magnético
Ing. Martín Lema95 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Interpretación del gráfico de TM en guía circular
Ing. Martín Lema96 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
TEC21TMc01TEc11
TE21TM01TE11
TE20TE01TE10
Segundo modo superiorPrimer modo superiorModo fundamental
Ing. Martín Lema97 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Frecuencia de corte para los principales modos en guias rectangulares
aTE
18295001 =
aTM
11482201 =
aTE
8791011 =
aTE
14582921 =
Frecuencia de corte para los principales modos en guías circulares
F en MHZ
a y b en mm
Ejemplo guia de 20 mm de diámetro (a=10mm)
Frec Corte TE11 (Dominante) =87910/10=8791 MHz
Ejemplo guia de 20 * 10 mmFrec Corte TE01 (Dominante) =47750*(3.14/20)=7500 MHz
22
, 47750
+
=b
n
a
mFc nm
ππ
Ing. Martín Lema98 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Frecuencias de corte para los distintos modos en guias de onda elípticas
En guías elípticas la solución matemática no es tan simple como en guías rectangulares o circulares. Hay que resolver en sistemas coordenados elípticos.
Las frecuencias de corte pueden resumirse del siguiente gráfico (tomado del libro Electromagnetic waveguides: theory andapplications de S.F. Mahmoud)
Ing. Martín Lema99 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Long de onda de corte/perímetro
2
1
−=a
bε
El perímetro de una elipse puede aproximarse por la fórmula de Ramanujan
El mejor ancho de banda se da cuando =0.866 que es cuando a=2b
ExcentricidadPerimetroa (mm) b (mm) (mm) Frec TE C11 Tipo
7 GHz 21 12 0.82 105.61 68.65 4.37 4.72 EW779 GHz 15 8 0.85 73.94 48.06 6.24 6.50 EW9024 GHz 6 3.5 0.81 30.36 19.74 15.20 15.20 EW240
Comercial mas parecidaDimencionesGuia Excentricidad λ TEC11 Frec TE C11
65.0≅P
cλ
El modo dominante
Es el TEC11
Ing. Martín Lema100 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
PROPAGACIÓN EN MODOS SUPERIORESNO PROPAGA
TE10
PROPAGACIONMONOMODO
Primermodo
superior
Fc
TE01
FRECUENCIA
TE20 TE11
TM11
GUIA RECTANGULAR
PROPAGACIÓN EN MODOS SUPERIORESNO PROPAGA
TE11
PROPAGACIONMONOMODO
Primermodo
superior
Fc
TM01
1.3 Fc
FRECUENCIA
TE21
1.7 Fc
TE01
TM11
GUIA CIRCULAR
2 Fc
PROPAGACIÓN EN MODOS SUPERIORESNO PROPAGA
TEC11
PROPAGACIONMONOMODO
Primermodo
superior
Fc
TMC01
FRECUENCIA
TEC21
GUIA ELIPTICA Las bajadas y recoridos largos
suelen hacerse con guia eliptica
Donde conviven dos polaridades
suele usarse guía circular
Para flextwist o transiciones suele usarse guia
rectangular en modo dominante
Para combinadores o hibridos suele usarse guiarectangular en modos superiores
Ing. Martín Lema101 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Como se llaman las guias
Según estándar EIA y para rectangulares , se pone WR (waveguide rectangular) y luego la medida en pulgadas x 100
Ejemplo WR90 = Waveguide Rectangular 0.90”
Elípticas no hay estándar y depende del fabricante aunque típicamente se especifica la banda en la que se usa
Ejemplos
Commscope EW220 = Eliptica para 17 a 23.6 GHz
RFS E220 Eliptica para 21.2 a 22.6 GHz
Ing. Martín Lema102 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Rango de frecuencia de utilización
Frecuencia de corte de modo dominante
Radios de curvatura en los planos H (hard) y E (Easy)
Tipos de conector disponibles
Ing. Martín Lema103 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Tipos de conectores de guia de onda
Al igual que los cables tienen dos lados
Lado interfase llamado Flange o Brida (en español)
Lado Guía
También al igual que los conectores de cables del lado interfase (flange) están estandarizados, no así del lado guia donde la compatibilidad del conector depende del fabricante de la guía
Hay 3 tipos de conectores
• De contacto presurizables
• De contacto no presurizables
• Tipo “choke” (son todos presurizables)
Ing. Martín Lema104 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Corte de un conector de contactoLos mas usados en las bajadas de los equipos de microondas
Deben contruirse con muy poca tolerancia las dos mitades (típicamente hechas por distintos fabricantes, por
ejemplo guía y antena). HACEN CONTACTO MECÁNICO Y ELÉCTRICO
Ing. Martín Lema105 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Corte de un conector Choke-Cover
Acepta bastante tolerancia entre las dos mitades (típicamente hechas por distintos fabricantes, por ejemplo guiay antena). El espacio resonante “choke” está para esto. El precio es peor desempeño
Ing. Martín Lema106 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Vista y corte de un conector de guía de onda
Ing. Martín Lema107 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Tipos de flanges
UG: UG es el standard militar MIL-DTL-3922 para varios tipos de flanges CMR: es la versión miniatura del Connector Pressurized Rectangular (CPR). CPRG: Connector Pressurized Rectangular (CPR) que tiene junta (G=groove). CPRF: Connector Pressurized Rectangular (CPR) que no tiene junta (F=Flat)Cover o Plate: standard UG sin junta. Choke: standard UG con junta o-ring y cavidad choke (no hay contacto).
Ing. Martín Lema108 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Rigid twist
Es un tramo de metal rígido. La mejor perfomance, pero rígido para instalar
Flex twist
Es de goma y flexible-Atenua y tiene peor ROE que el rígido. Puede doblarse en cualquier ángulo y sentido
Pressure window
Es parecido a un foil de cocina. Pasan las micrrondas y no deja pasar el aire de presurización
Ing. Martín Lema109 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Waveguide-coax transition
Para conectar la guia con un cable-se debe especificar el flange (lado guia) y el tipo de conector
90° E plane swept
90° H plane swept
Taper transition
Permite acoplar dos tipos de flangesdistintos
Ing. Martín Lema110 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Tus dudas las tendrás eternamente a menos que las conviertas en Preguntas
Ing. Martín Lema111 de 111 Seminario de Líneas de Transmisión 24 de Mayo de 2013
Muchas Gracias