Propriedades elétricas das linhas de transmissão
Figura 1: Diagrama de circuito equivalente de uma linha
Figura 1: Diagrama de circuito equivalente de uma linha
Propriedades elétricas das linhas de transmissão
Cabos elétricos para fornecer energia elétrica a vários dispositivos podem ser encontrados em toda parte. Na eletrônica de comunicação em particular, no entanto, os cabos têm outra tarefa além de apenas transportar energia, por exemplo, transmitir mensagens pelo telefone.
Entretanto, uma mensagem em uma linha não chega ao destinatário inalterada por mais de 100 quilômetros, mas está sujeita a muitas influências ao longo da linha que afetam o sinal.
Se você comparar o sinal de saída de uma linha com o sinal de entrada, perceberá alterações que têm as seguintes causas.
- Distorções,
- atenuação ou
- diferenças de atraso em diferentes frequências de entrada.
Como cada linha tem características diferentes, mas todas as linhas estão sujeitas às mesmas influências, um diagrama de circuito equivalente pode ser desenhado para uma linha, conforme mostrado na Fig. 1. Uma resistência ôhmica em série R, uma indutância de linha L, um condutância de isolamento G e uma capacitância de linha C atuam na linha.
Figura 2: Cálculo da resistência de um condutor com seção transversal redonda
Figura 2: Cálculo da resistência de um condutor com seção transversal redonda
Resistência ôhmica em série R
Todo condutor, por melhor que seja, tem uma resistência ao fluxo de corrente,
pois os elétrons em movimento sempre encontram núcleos atômicos e, portanto, são um pouco retardados.
A resistência pode ser expressa da seguinte forma:
R = ρ· | l | em [Ω] |
R = resistência em série em [Ω] l = comprimento do cabo em [m] A = seção transversal do cabo em [mm²] ρ = resistividade eléctrica em [Ω·mm²/m] |
(1) |
A |
O parâmetro é especificado nas folhas de dados para um comprimento de cabo definido de, por exemplo, 1 km, e é então chamado de revestimento de resistência. Ele é calculado usando a seguinte fórmula:
R' = | R | em | Ω | (2) |
l | km |
Indutância L
Um campo magnético se acumula em torno de cada condutor de corrente. O campo magnético muda em proporção à tensão CA aplicada. Isso induz uma tensão no condutor que neutraliza sua causa. Assim, essa tensão induzida enfraquece o fluxo de corrente. O tamanho da indutância L depende dos seguintes parâmetros:
- Comprimento do condutor,
- seção transversal do condutor e
- distância entre os condutores de avanço e retorno.
O parâmetro é especificado nas folhas de dados para um comprimento de cabo definido de, por exemplo, 1 km, e é então chamado de valor de indutância. Esse valor é calculado usando a seguinte fórmula:
L' = | L | em | mH | (3) |
l | km |
Condutância de isolamento G
Na prática, não existe um isolante ideal que não tenha nenhum fluxo de corrente. Portanto, mesmo com uma linha de dois fios isolada, sempre há uma certa corrente de fuga que flui pelo isolamento do condutor de avanço para o de retorno. O condutância de isolamento é rotulado como G e, às vezes, também é chamado de resistência cruzada ou fuga. A condutância de isolamento é igual à recíproca de sua resistência ôhmica. S („Siemens“) é usado como unidade de medida para o condutância.
G = | 1 | em [S] | (4) |
R |
O parâmetro é especificado nas folhas de dados para um comprimento de cabo definido de, por exemplo, 1 km, e é então chamado de valor de condutância. Ele é calculado usando a seguinte fórmula:
G' = | G | em | S | (5) |
l | km |
Capacitância da linha C
Cada consumidor tem um resistor no qual a tensão cai. Se essa tensão for alimentada por uma linha até o consumidor, será criado um gradiente de potencial entre os condutores de alimentação e de retorno.
Figura 3: Formação de uma capacitância de linha
Figura 3: Formação de uma capacitância de linha
Devido a esse fato, as linhas de avanço e retorno agem como as placas de um capacitor. Esse acoplamento por meio do campo elétrico é descrito pela capacitância C.
O parâmetro é especificado nas folhas de dados para um comprimento de linha definido de, por exemplo, 1 km e, em seguida, rotulado como revestimento de capacitância. Isso é calculado usando a seguinte fórmula:
C' = | C | em | nF | (6) |
l | km |
Impedância Z
O termo „impedância do cabo“ também é usado para aplicações de alta frequência. Essa variável é a resistência de corrente alternada Z. Esse é o quociente entre a tensão alternada complexa dependente do tempo u(t) e a corrente alternada complexa dependente do tempo i(t). A impedância é composta por uma parte real (resistência ôhmica R) e uma parte imaginária (reatância X). O tamanho da impedância de um cabo é independente de seu comprimento. Esse termo será discutido em mais detalhes posteriormente em relação ao cabo coaxial..