linhas de transmissao
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LINHAS DE TRANSMISSÃO
NOÇÕES BÁSICAS E PRINCIPAIS TIPOS DE LT
APRESENTA
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• Linha de Transmissão (LT) é um lelemento condutor que eletricamente transfere a energia gerada em forma de onda eletromagnética de um ponto a outro. As principais carcterísticas de uma LT são:
• IMPEDÂNCIA CARACTERÍSTICA ou IMPEDÂNCIA DE LINHA (Zo)
EXCITADOR50
AMPLIFICADOR50
cabo de 50
- Elemento responsável pela perfeita tranferência de energia do transmissor ao receptor. Esta tranferência é chamada de “casamento de impedâncias”.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• PERDA POR INSERÇÃO (IL – Inserction Loss)
- É a perda intrínsica provocada pela LT que varia de acordo com o comprimento da mesma e da frequência da onda eletromagnética nela atribuída. Quanto maior for a linha, maior será aperda que é expressa em dB.
• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)
- Um gerador de RF com uma determinada impedância de saída fornece sinal a uma carga por intermédio de uma LT, que será considerada ideal (IL = 0).
LINHAS DE TRANSMISSÃO
ZL
corrente e tensão em fase
Pinc
Vinc
- Considerando que a impedância da carga ZL seja puramente resistiva, a potência fornecida pelo gerador de RF será totalmente absorvida por ZL. Isto porque a corrente ( I ) e tensão ( V )presentes em ZL estão na mesma fase.
LT ideal
Pinc
R
XL
V I
Vinc
Vref
LT Real V adiantado de I
- A LT é um condutor elétrico que ao passar corrente acontecerá o efeito indutivo. Quanto maior for o comprimento da LT maior será a indutância.
- A indutância da LT provoca a reatância da linha, o que provoca uma oposição à passagem dacorrente e um atraso de fase da mesma emrelação à fase da tensão.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)
- A reatância indutiva também faz o surgimento de um outro fenômeno: a sobre tensão.Os picos de amplitude da tensão defasada com os da tensão gerada são somados gerando uma tensão induzida que em parte é refletida ao gerador.
- O surgimento da tensão refletida obviamente provoca também a potência refletida da carga para o gerador.
- A interação entre sinal incidente e sinal refletido criará a chamada` onda estacionária. Isto não é bom para carga e pior ainda para o gerador. A carga não estará aproveitando todo sinal fornecido pelo gerador e este estará recebendo de volta parte de sua energia desenvolvida. Por exemplo, se neste caso o gerador de RF fosse um transmissor que obteve um retorno demasiado do sinal entregue a uma antena por uma LT, o estágio de saída deste transmissor estaria comprometido.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)
- A onda estacionária pode ser dimensionada pela relação entre tensão incidente e tensão refletida. Esta relação é chamada de VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio ) possui umindice de reflexão ( ) que determina o percentual de tensão refletida. Por exemplo:
VSWR = 1.1 10% tensão refletida 90% tensão incidente
- Ainda podemos ter o coeficiente de reflexão ( ) que representa a intensidade do sinal refletido em relação ao sinal incidente. É dado por:
= VSWR –1 ou = VSWR+1
- A VSWR também pode ser expressa como Relação de Onda Estacionária ROE ou SWR (Standing Wave Ratio) quantifica o casamento de impedâncias. É dada por:
VSWR ou ROE= 1+
PINCIDENTE
PREFLETIDA
1-
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)
- Para uma LT a maneira mais prática de se dimensionar a sua onda estacionária é pelaperda por retorno ( R L ). A RL ( Return Loss ) pode ser obtida em função das relações potência incidente / potência refletida, tensão incidente / tensão refletida , ou pelo valor daVSWR. Seu valor é fornecido em dB pelo fabricante da LT e esta diretamente ligado a frequência, por isso é necessário especificar uma LT sempre em primeiro lugar comrelação a frequência.
RL(dB) = 10 log ( PREF / PINC ) RL(dB) = 20 log ( VREF / VINC )
RL(dB) = 20 log ( VSWR-1) / ( VSWR+ 1 )
- Na prática é aceitável o uso de uma LT com VSWR de 1.2 que corresponde a uma RLentorno de 21,8 dB.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
CASAMENTO PERFEITO: carga 100% resistiva
Γ = 0 ROE ou VSWR = 1.0 100% incidente 0% refletido
DESCASAMENTO:
Γ 1 ROE ou VSWR ∞ Exemplo: Qual é a perda por retorno, o coeficiente de reflexão e a VSWR para um sistema de transmissão de 1KW com um retorno de potência de 10W?
RL= 10log (10 / 1000 ) RL= -20dB Γ = (10/1000) Γ = 0,1
VSWR = (1+0,1) / (1-0,1) VSWR = 1,22
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• COMPRIMENTO FÍSICO DE UMA LT:
- A eficiência de uma LT será total se a mesma for construída no comprimento da onda de RF nela aplicada. No entanto, para frequências baixas o comprimento de onda pode ficar com valores exagerados para a construção da LT.
EXCITADOR50
AMPLIFICADOR50
l = λ = C
f
Onde: C= velocidade da luz no vácuo 3x108m/s; f= frequência da onda em Hz
l
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• SUB-MULTÍPLOS DE λ
- No entanto, pode-se manter a eficiência desta LT caso o comprimento da LT seja construído em sub-múltiplos do comprimento da onda de RF, como meia onda (λ/2), um quarto de onda (λ/4), um oitavo de onda (λ/8) etc.
EXCITADOR50
AMPLIFICADOR50
l = λ/2; λ/4; λ/8…..
l
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• COMPRIMENTO DE ONDA NA LINHA (λg)
- O comprimento físico de uma LT ideal é dada em função do comprimento da onda RF nela aplicada, ou seja:
- No entanto uma LT real é construída com um determinado tipo de material condutor que possui uma determinada velocidade de propagação para a onda de RF e uma determinada constante dielétrica. Sendo assim, o comprimento real de uma LT é dado por:
Onde: Vp: velocidade de propagação do material ε: constante dielétrica do material f: frequência da onda de RF C: velocidade da luz no vácuo 3x108 m/s
l = λ = C
f
λg = C x Vp
f
ou λg = C
f ε
Dados fornecidos pelo fabricante da LT
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE UMA LT PARA UM SISTEMA IRRADIANTE
- O dimensionamento de uma LT deve ser rigorosamente respeitado pelo valor do comprimentoou do sub-multíplo do comprimento do sistema irradiante.
TRANSMISSOR
l : comprimento da LT em sub-múltiplos inteiros de λ /4
antena construída em λ /4
λ/4
λ/4
λ/4
λ/4
LINHAS DE TRANSMISSÃO
• DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE UMA LT PARA UM SISTEMA IRRADIANTE
- Exemplo: Calcule o comprimento de um cabo RG213 para ligar um transmissor Canal 02 em uma antena painel dipolo de meia-onda. O transmissor e antena estão distantes em 20m.
TRANSMISSOR
λg/2
λg/2
λg/2
VP para RG213: 66%Constante dielétrica RG213: 2,3 Frequência Central Canal 02: 57MHz
λg = C x Vp
f
ou λg = C
f ε
λg = 3x108 x 0,66
57x106
λg = 3,47m
Em 20m (distância antena transmissor) temos: 20 / 1,735 = 11,52λg
Para que a LT não provoque onda estacionária deve ser um valorinteiro, ou seja 12λg/2. Deste modo o comprimento total do cabo é de 12 x 1,735m : 20,82m
Os 82cm de cabo que sobram devem ser preservados.
antenameia-onda
λg/2 = 1,735m
LINHAS DE TRANSMISSÃO – CABOS COAXIAIS
a
bcampo elétricoa: raio do condutor
internob: raio do condutor externo
O cálculo da impedância de um cabo é dado por:
Zo = K log (a/b)
- O condutor interno ( vivo ) está isolado eletricamente do condutor externo ( malha ) por um material com determinada constante dielétrica K ( dielétrico). Normalmente é usado Teflon como dielétrico.
- O campo elétrico de um sinal de RF tem a propriedade de propagar-se na superfície
dos condutores.
LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA
EM
Um outro tipo de LP são os guias-de-onda. Eles tem comovantagem principal o fato possuírem uma perda muitíssimo menor que a de um cabo coaxial.
O princípio de funcionamento de um guia-de-onda baseia-senas propriedades eletromagnéticas de um sinal de RF. A construção de um guia-de-onda é feita com uma “janela” feita na sua flange por onde circulará o sinal de RF.
- O campo elétrico ( E ) sempre escolhe o menor caminho para propagar-se, enquanto que o campo magnético ( M ) ficará na perpendicular. Desta maneira é possível polarizar a transmissão de uma onda de RF.
EM
Polarização Horizontal Polarização Vertical
ME
LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA
ELIPTICO
Flange: EWVantagens: menor custo; flexibilidadeDesvantagem: é o que possui a pior relação potência x atenuação
RETANGULAR
Flange: WRVantagem: pode ser rígido ou flexívelDesvantagem: possui uma relação potência x atenuação pior que o circular
CIRCULAR
Flange: CWVantagem: melhor relação potência x atenuação Desvantagem: mecanicamente inviávelpor não ser flexível
LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA
TRANSIÇÃO H- V RETANGULAR
TRANSIÇÃO RETANGULAR- CIRCULAR
TRANSIÇÃO GUIA RETANGULAR - Nm
BANDA C Rx BANDA C Tx BANDA KU Tx / Rx