Características eléctricas de las líneas de transmisión
Figura 1: Diagrama de circuito equivalente de un conductor
Figura 1: Diagrama de circuito equivalente de un conductor
Características eléctricas de las líneas de transmisión
En todas partes hay conductores eléctricos que suministran energía eléctrica a distintos aparatos. Sin embargo, en la electrónica de comunicaciones en particular, los conductores tienen otra función además de transportar energía, por ejemplo, transmitir mensajes por teléfono.
Un mensaje en una línea no llega al destinatario sin cambios a lo largo de 100 kilómetros, sino que está sujeto a muchas influencias a lo largo de la línea que afectan a la señal.
Si comparamos la señal de salida de una línea con la de entrada, observaremos cambios que tienen las siguientes causas.
- Distorsiones,
- atenuación o
- diferencias de retardo a distintas frecuencias de entrada.
Como cada línea tiene características diferentes, pero todas están sometidas a las mismas influencias, se puede dibujar un diagrama de circuito equivalente para una línea, como se muestra en la Fig. 1. Sobre la línea actúan una resistencia óhmica en serie R, una inductancia de línea L, un valor de aislamiento G y una capacitancia de línea C.
Figura 2: Cálculo de la resistencia de un conductor de sección redonda
Figura 2: Cálculo de la resistencia de un conductor de sección redonda
Resistencia óhmica en serie R
Todo conductor, por bueno que sea, presenta una resistencia al paso de la corriente,
ya que los electrones en movimiento siempre encuentran núcleos atómicos y,
por tanto, se ven frenados en cierta medida.
La resistencia puede expresarse de la siguiente manera
| R = ρ· | l | en [Ω] |
R = resistencia en serie en [Ω] l = longitud del cable en [m] A = sección del cable en [mm²] ρ = Resistividad en [Ω·mm²/m] |
(1) |
| A |
El parámetro se especifica en las hojas de datos para una longitud de cable definida de, por ejemplo, 1 km y se denomina entonces revestimiento de resistencia. Se calcula mediante la fórmula siguiente:
| R' = | R | en | Ω | (2) |
| l | km |
Inductancia L
Alrededor de cada conductor conductor de corriente se forma un campo magnético. El campo magnético cambia en proporción a la tensión alterna aplicada. Esto induce una tensión en el conductor que contrarresta su causa. Esta tensión inducida debilita el flujo de corriente. El tamaño de la inductancia L depende de los siguientes parámetros:
- Longitud del conductor,
- sección del conductor y
- distancia entre los conductores de ida y de retorno.
El parámetro se especifica en las hojas de datos para una longitud de cable definida de, por ejemplo, 1 km y se denomina valor de inductancia. Se calcula mediante la siguiente fórmula:
| L' = | L | en | mH | (3) |
| l | km |
Valor de aislamiento G
En la práctica, no existe ningún aislante ideal por el que no circule corriente. Por lo tanto, incluso con una línea bifilar aislada, siempre hay una cierta corriente de fuga que fluye a través del aislamiento desde el conductor de ida al de retorno. El valor de la conductividad se denomina G y a veces también se denomina resistencia cruzada o fuga. La conductividad de un aislamiento es igual al recíproco de su resistencia óhmica. S („Siemens“) se utiliza como unidad de medida del valor de conductividad.
| G = | 1 | en [S] | (4) |
| R |
Este parámetro se especifica en las hojas de datos para una longitud de cable definida de, por ejemplo, 1 km y se denomina entonces valor de conductancia. Se calcula mediante la fórmula siguiente:
| G' = | G | en | S | (5) |
| l | km |
Capacidad de la línea C
Cada consumidor tiene una resistencia a la que cae la tensión. Si esta tensión llega al consumidor a través de una línea, se crea un gradiente de potencial entre los conductores de ida y de retorno.
Figura 3: Formación de una capacitancia de línea
Figura 3: Formación de una capacitancia de línea
Debido a este hecho, las líneas de ida y vuelta actúan como las placas de un condensador. Este acoplamiento a través del campo eléctrico se describe mediante la capacitancia C.
Este parámetro se especifica en las hojas de datos para una longitud de línea definida de, por ejemplo, 1 km y se etiqueta como recubrimiento de capacitancia. Se calcula mediante la siguiente fórmula:
| C' = | C | en | nF | (6) |
| l | km |
Impedancia Z
En aplicaciones de alta frecuencia, también se utiliza el término „impedancia del cable“. Esta variable es la resistencia de corriente alterna Z. Es el cociente de la tensión alterna compleja dependiente del tiempo u(t) y de la corriente alterna compleja dependiente del tiempo i(t). La impedancia se compone de una parte real (resistencia óhmica R) y una parte imaginaria (reactancia X). La magnitud de la impedancia de un cable es independiente de su longitud. Este término se tratará más adelante con más detalle en relación con el cable coaxial.