TED-17

Medios de Transmisión I

El medio de transmisión afecta a la señal que se transmite por él a través de: atenuación, retardo, ruido, normalmente dentro de un cierto ancho de banda disponible.

s(t) r(t) = s(t)*h(t) + n(t)h(t) +

n(t)

medio

s(t) = señal que entra al medio o canal de transmisiónh(t) = respuesta al impulso del canaln(t) = ruido que se añade a la señal en el canalr(t) = señal que sale del canal

Comportamiento Ideal de un Medio de Transmisión

En particular, un canal de comunicación con una atenuación constante k y un retardo constante To posee la siguiente respuesta al impulso:

g(t) = k f(t-To)

G(w) = k e-jwTo F(w)

G(w) = H(w) F(w)

H(w) = k e-jwTo

|H(w)| = k

H(w) = -wTo

la salida en función de la atenuación y el retardo:

transformada de Fourier de la salida:

G(w) en términos de H(w):

valor de H(w) en función de la atenuación y el retardo:

magnitud de H(w):

ángulo de H(w):

Esta respuesta representa un comportamiento real del medio y, desde el punto de vista de los mínimos efectos negativos, es el comportamiento más deseable.

El estudio de un medio de transmisión en particular permite conocer el comportamiento que una señal que se transmita por el tendrá, de acuerdo a como los factores del medio le afecten.

Medios de transmisión: guiados y no guiados.

• Medios guiados:

Cables (líneas de transmisión) y

Fibras Ópticas.

• Medios no guiados:

Ondas electromagnéticas.

Medios de Transmisión II

Líneas de Transmisión

Una línea de transmisión es un par de conductores eléctricos con características tales que, y por las características de la señal que se propaga por ella, afecta a ésta de manera tal que la atenuación y retardo producidos no son despreciables.

Las características eléctricas de una línea de transmisión están en función de sus características físicas de construcción.

Tipos de Líneas de transmisión:

• Cable de conductores paralelos.

• Par trenzado.

• Cable coaxial.

Conductores Paralelos

Par de conductores aislados entre sí y abiertos al medio ambiente.

Forroaislanteexterior

Conductoresparalelos

El problema principal es la interferencia entre los mismos conductores.

Sensibles a señales electromagnéticas (ruido, señales causadas por otros dispositivos eléctricos).

Usos: Interconexión entre dispositivos que emplean múltiples líneas y en distancias cortas.

Línea bifilar

Línea bífilar con espaciadores

Normas para el montaje de líneas bifilares.

Lìnea bifilar o paralelo

)/log(276 00 rDZ

Impedancia característicaen torno a los 300 ohms.

Conductores Trenzados

El trenzado reduce la interferencia electromagnética entre los pares.

Usos: • Telefonía (conexión del aparato telefónico del usuario a la central)• Computadoras en red (Ethernet)

En general tiene limitaciones de distancia, ancho de banda y velocidad de datos.

Par de cables de cobre aislados enredados entre sí, relativamente delgados. Pueden formar cables con hasta cientos de pares dentro y pueden tener adicionalmente una cubierta (conductor).

Conductores Coaxiales

Forroexterior

Aislantedieléctrico

Blindaje(conductor

externo)

Conductorcentral

Par de cables de cobre aislados construídos uno cubriendo al otro: un conductor cilíndrico externo cubriendo un conductor interno, aislados entre sí.

Ventajas: Posee un mayor ancho de banda que el par trenzado y mayor inmunidad al ruido externo.Usos:• Distribución de televisión.• Telefonía (largas distancias, multicanalizada)• Redes de área local.

)/log(*

11380 ie dd

rZ

Impedancia característica

normalmente50 ó 75 ohms.

Comportamiento Eléctrico de una Línea de Transmisión I

Una línea de transmisión posee ciertos elementos eléctricos que modifican las características de la transmisión de la señal eléctrica a lo largo de la línea.

Estos elementos dependen de la construcción física y material empleado en el conductor y aislamiento.

R

C G

LR

C G

LR

C G

LR

C G

L R

C G

LR

C G

L R

C G

LR

C G

L

Comportamiento Eléctrico de una Línea de Transmisión II

Los parámetros eléctricos que presenta una línea se consideran distribuídos lo largo de ella, es decir, son cantidades eléctricas por unidad de longitud:

R Resistencia del conductor a lo largo de él (oposición al flujo de la corriente)

L Inductancia propia.

G Conductancia del dieléctrico (no es aislante perfecto)

C Capacitancia (dos conductores separados por un aislante)R

C G

LR

C G

L

unidad de longitud

Parámetros de Transmisión de una Línea

Constante de propagaciónde una línea

j

GCLRf

,,,,

Constante de atenuación (nepers/unidad de longitud)

Constante de desfase (radianes/unidad de longitud)

Las características de transmisión que presenta una línea de transmisión pueden representarse a través de dos constantes que dependen de los parámetros eléctricos de la línea:

PV Velocidad de propagaciónen la línea

La impedancia característica de una línea de transmisión es el valor de la relación entre el voltaje y la corriente en la línea si ésta es de longitud infinita o tiene conectada en su terminal una impedancia igual a su impedancia característica. Depende de sus parámetros eléctricos.

Impedancia Característica de la Línea

IV

Z 0

,,,,0 GCLRgZ

CjG

LjRZ

0

ZoV

I+-

V

I+-

X longitud finita

longitud infinita

ZoV

I+-

V

I+-

X longitud finita

longitud infinita

C

LZ 0

Si R y G son muy pequeñas (línea de bajas pérdidas) o la frecuencia es muy grande:

la impedancia característica es una cantidad constante, sin depender de la frecuencia de la señal que se propague por la línea

IMPEDANCIA CARACTERISTICA DE UNA LINEA

C

LZ 0

Al final de una línea de transmisión se encuentra conectado un dispositivo (receptor, impedancia de carga, etc.) cuyo valor de impedancia de entrada, ZL, puede ser igual o diferente al valor de la impedancia característica de la línea de transmisión (Zo).

Si ZL es igual a Zo, toda la energía contenida en la señal es transferida al dispositivo que se encuentra conectado en su extremo. Si ZL es diferente a Zo parte de la energía es transferida a la carga y parte es regresada a la línea. Bajo ciertas circunstancias toda la energía puede ser regresada, reflejada, hacia la línea.

Señales Reflejadas en una Línea

Tx Rx

DESTINOORIGEN señal incidente

señal reflejada

Potencia Reflejada en una Línea

incidentereflejada PP 2

Al existir reflexiones en la línea, la potencia que se refleja está dada por:

0

0

ZZ

ZZ

L

L

La cantidad de voltaje reflejado, depende de la diferencia entre la impedancia característica de la línea, Z0 , y la impedancia que esta tenga conectada en su extremo final, ZL:

Mientras que la potencia que si se transmite hasta la carga es:

incidenteatransmitid PP 21

Atenuación de la Potencia por Desacople

La atenuación sufrida por el desacople es:

21 incidente

atransmitid

PP

a

21log10 dBa

La diferencia entre la impedancia característica de la línea, Z0 , y la impedancia que esta tenga conectada en su extremo final, ZL , denominada también como descople de impedancias, origina por lo tanto una pérdida de potencia.

Efectos de la Reflexión de Potencia en una Línea

• La potencia reflejada viaja en dirección hacia el transmisor, fuente de la señal, con riesgo de hacerla disipar mayor energía que para la cual está diseñado.

• A lo largo de la línea se suman las señales que inciden hacia la carga y las señales que se reflejan, produciendo una señal resultante cuya forma de onda presenta deformidades, distorsión.

• La potencia que es reflejada no es entregada a la carga, lo cual origina una pérdida adicional a la sufrida por la señal al propagarse por la línea.

LINEAS DESEQUILIBRADAS

Relación de

OndaEstacionaria

CortoCircuito

LINEAS DESEQUILIBRADAS

Relación de

OndaEstacionaria

CircuitoAbierto

ROE = Imax / I min

La ROE también se puede representar como: ROE = Zo / R si Zo > Ro bien ROE = R / Zo si

R > ZoPor ejemplo: R = 100 Ω   Zo = 50 Ω  ROE = 100/50 = 2

se dice que tenemos una ROE de 2 a 1 (2:1)

ROE