ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS EN LINEAS DE TRANSMISION

1.- OBJETIVO. El objetivo del presente laboratorio es el de medir la atenuación la atenuación producida por acoplamientos de diferentes impedancias, tomando en cuenta las medidas realizadas en el anterior laboratorio.

2. MATERIALES.-

1. Cable coaxial 5 o 6 metros RG-58 A/U2. Conectores PL-259 (UHF) para cable delgado.3. Vatímetro de VHF/100 W máx. En el rango de 50 MHz a 200 MHz.*4. Transceptor de VHF, 200 W.*5. Carga Fantasma de 50 W máx. de 50 Ω. En transmisión continua.*6. Carga Fantasma de 300 Ω, 75 y 1k Ω (Necesariamente de Carbón).

*Instrumental existente en Laboratorio.3. DESARROLLO.-3.1 Marco Teórico.-El cable coaxial y el alambre paralelo (como el correspondiente a una entrada de TV) con probablemente los tipos convencionales más conocidos. En altas frecuencias estas pueden tener pérdidas considerables, de manera que pueden tomarse en cuenta otros tipos de líneas. Entre éstas se encuentran las guías de onda y los cilindros dieléctricos, las fibras ópticas.Cuando Z0 =ZL, La carga absorbe toda la potencia incidente, esto se llama línea acoplada. Cuando Z0 ≠ZL parte de la potencia incidente es absorbida por la carga y parte regresa (refleja) a la fuente, esto se llama la línea sin acoplar o desacoplada, hay dos ondas electromagnéticas que viajan en direcciones opuestas y están presentes en la línea todo el tiempo (estas ondas de echo, se llaman ondas viajeras). Las dos ondas viajeras establecen un patrón de interferencia conocido como onda estacionaria.

3.2. DESARROLLO DEL LABORATORIO.- PASO 1:

a) Conectar el transmisor al cable coaxial de 50Ω, juntamente el vatímetro y la carga fantasma de 50Ωb) Calcular la potencia del transmisor en la salida del transmisor (Punta A).c) Calcular la atenuación del cable coaxial a 6 metros (punto B) con respecto a la tabla (en Forma teórica)

para una frecuencia de 160 MHz.d) Calcular la potencia en el punto B en watts.e) Medir la relación de ondas estacionarias SWR en el vatímetro. (Este punto será explicado y asesorado por

el docente).

Onda incidente

Onda Reflejada

Onda Estacionaria

VI.- PREGUNTAS1.-Que es la potencia incidente. La potencia puede propagarse, igualmente bien, en ambas direcciones, desde la fuente hacia la carga, se llama voltaje incidente, hay corrientes incidentes y reflejadas, En consecuencia, la potencia incidente se propaga hacia la carga, El voltaje y la corriente incidentes, siempre están en fase para una impedancia característica resistiva. Si la potencia incidente se almacena por la línea ya no hay potencia reflejada.2.- Que es la potencia reflejada.El voltaje que se propaga, desde la carga hacia la fuente se llama voltaje reflejado, En forma similar, hay corrientes incidentes y reflejadas; En consecuencia, la potencia reflejada se propaga hacia la fuente, Para una línea infinitamente larga, toda la potencia incidente se almacena por la línea y no hay potencia reflejada. Además, si la línea se termina en una carga totalmente resistiva, igual a la impedancia característica de la línea, la carga absorbe toda la potencia incidente (esto supone una línea sin pérdidas). Para una definición más práctica, la potencia reflejada es la porción de la potencia incidente que no fue absorbida por la carga. Por lo tanto, la potencia reflejada nunca puede exceder la potencia incidente.

3.- Investigar sobre la Relación de Ondas Estacionarias ROE (SWR).La relación de onda estacionaria (SWR), se define como la relación del voltaje máximo con el voltaje mínimo, o de la corriente máxima con la corriente mínima de una onda. A ello también se llama relación de voltajes de onda estacionaria. (VSWR). En esencia es una medida de la falta de compensación entre la impedancia de carga y la impedancia característica de la línea de transmisión.

La ecuación correspondiente es :

(Adimensional)

Transceptor 20 W

Watímetro Carga Fantasma

Los máximos de voltaje (Vmax) se presentan cuando las ondas incidentes y reflejadas están en fase ( es decir, sus máximos pasan por el mismo punto de la línea, con la misma polaridad) y los mínimos de voltaje(Vmin) se presentan cuando las ondas incidentes y reflejadas están desfasadas 180º. La ecuación queda:

4.- A consecuencia de que factores se produce la onda reflejada.

Cuando una línea no está acoplada, es decir, terminada en su impedancia característica, parte de la energía incidente sobre la carga es reflejada hacia el generador. La relación entre el voltaje de la onda reflejada y el de la incidente es el coeficiente de reflexión. Este hecho da lugar a que a lo largo de la línea se forme una onda estacionaria, con máximos y mínimos de voltaje y corriente, a distancias fijas a lo largo de la línea y que tiene la forma mostrada en la figura 9.8.

5.- Que efectos produce la onda reflejada en un sistema de transmisión.La impedancia que ve el TX debe ser igual a su impedancia de salida, de otra manera se produce una onda reflejada que no solo disminuye la señal efectivamente irradiada, sino que puede llegar a dañar al TX si es muy elevada, produciendo una sobrecarga en el sistema de transmisión y además el efecto Joule estará presente en la misma y por tanto se tendrá el mal funcionamiento de la antena o línea TX

6.- Que es acoplamiento de impedanciasUna aplicación frecuente de las líneas de transmisión es como transformadores o acopladores de impedancia. Supónganse que es necesario conectar entre sí dos impedancias diferentes Z1 y Z2 de modo que no haya reflexión y se tenga la máxima transferencia de potencia. En lugar de utilizar un acoplador convencional con parámetros concentrados, el acoplamiento es posible mediante una línea de transmisión de un cuarto de longitud de onda de impedancia Z0, como se ilustra en la figura 9.7.

Fig. 9.7. Transformador de λ/4.

7. En que influye la carga al final de una línea de transmisión

Por ejemplo, si se tiene una batería que se conecta con una carga lejana a través de una línea de cables paralelos por medio de la conmutación de la llave desde A a B, se establecerá una corriente en la línea que alimentará la carga. Pero este fenómeno no es instantáneo. Apenas se conecta la llave, se produce una ola de tensión en la línea que viaja hacia la llave a una velocidad muy próxima a la de la luz.

Si se midiera rápidamente la tensión entre los alambres de la línea luego de un instante de la conexión de la llave, se tendría un gráfico como el de arriba, donde un frente de onda se dirige a casi la velocidad de la luz hacia la carga. Cada segmento de la línea va recibiendo y entregando la energía en dirección a la carga.