05 Líneas y Ondas de Transmisión.pdf

Líneas de Transmisión  Una línea de transmisión es un medio que transporta señales eléctricas de un punto a otro de manera eficiente y sin pérdidas significativas. Puede ser utilizada para transmitir señales de datos, voz o video a largas distancias. Las líneas de transmisión se componen...

Líneas de Transmisión  Una línea de transmisión es un medio que transporta señales eléctricas de un punto a otro de manera eficiente y sin pérdidas significativas. Puede ser utilizada para transmitir señales de datos, voz o video a largas distancias. Las líneas de transmisión se componen de conductores y aislantes que mantienen la integridad de la señal durante su recorrido.  La propagación de ondas en una línea de transmisión depende de las propiedades del medio y la frecuencia de la señal, siendo fundamental en las telecomunicaciones. https://media.giphy.com/media/tkJxFBICls0jj4vM9h/giphy.gi f?cid=790b7611329788f2a69c5752954e4ae786cb7e2d121 6170f&rid=giphy.gif&ct=s  El factor de velocidad en líneas de transmisión indica la rapidez de propagación de una señal, determinada por las propiedades del medio de transmisión.  El factor de velocidad se calcula de la siguiente manera.  Para un tramo de cable coaxial RG8A/U determinar de propagación y el factor de velocidad. En relación con el ejemplo anterior, ¿qué observaciones puedes realizar acerca de la velocidad de propagación y el factor de velocidad? Pérdidas en Líneas de Transmisión  Las pérdidas en líneas de transmisión son la disminución de energía eléctrica causada por diversos factores. Para reducirlas, se emplean materiales conductores eficientes, se optimiza el diseño de las líneas y se realizan medidas de mantenimiento adecuadas.  Las pérdidas por calentamiento en los conductores de líneas de transmisión son la energía eléctrica que se convierte en calor, afectando la eficiencia y el costo de la transmisión debido a la resistencia eléctrica del conductor.  La pérdida por radiación en líneas de transmisión disipa energía en forma de ondas electromagnéticas, afectando la eficiencia y calidad de la transmisión. Factores como frecuencia, diseño y materiales influyen en esta pérdida, por lo que es crucial considerarla al diseñar sistemas de transmisión.  La pérdida por acoplamiento en líneas de transmisión se refiere a la disminución de la potencia transmitida debido a la interacción entre líneas cercanas. Esto puede ocurrir por efectos electromagnéticos, inducción de corrientes no deseadas o interferencias entre circuitos.  El efecto corona es un fenómeno eléctrico que ocurre cuando se produce una descarga eléctrica en forma de arco luminoso alrededor de un conductor sometido a una diferencia de potencial elevada en condiciones atmosféricas específicas. Este efecto puede provocar pérdida de energía, interferencias en equipos electrónicos y daños en infraestructuras eléctricas. Es importante controlarlo en sistemas de alta tensión para garantizar la eficiencia y seguridad de las instalaciones. Radiadores Isotrópicos y Densidad de Potencia Radiadores Isotrópicos y Densidad de Potencia  Un radiador isotrópico emite energía uniformemente en todas las direcciones, siendo una representación teórica para analizar sistemas de radiación. Se diferencia de fuentes reales al emitir energía de forma igual en todas direcciones, a diferencia de fuentes reales con patrones más direccionales.  La ecuación que describe la densidad de potencia en cualquier punto de la superficie de un frente de onda esférico es  Calcula la densidad de potencia para una antena isotrópica que emite 100 W a una distancia de 1,000 metros y a 2,000 metros de la fuente.  Cuando la distancia se duplica, ¿en cuántas veces se reduce la potencia?  Ahora realiza el cálculo para una distancia de 3,000 metros desde la fuente, ¿el resultado es el esperado? Ondas Electromagnéticas y Atmósfera Ondas Electromagnéticas y Atmósfera  Las ondas electromagnéticas interactúan con la materia a través de absorción, reflexión y transmisión de energía, generando excitaciones en electrones y cambios en la materia. La reflexión sucede al rebotar en la superficie, y la transmisión al atravesar el material. El comportamiento varía según la composición y estructura del material. https://phet.colorado.edu/sims/html/molecules-and- light/latest/molecules-and-light_en.html  La absorción de las ondas electromagnéticas por la atmósfera se produce principalmente debido a la presencia de gases como el oxígeno y el vapor de agua. Estos gases absorben selectivamente ciertas longitudes de onda de la radiación electromagnética, lo que puede afectar la transmisión de señales de radio, microondas y otras formas de comunicación. Transmisión por Línea de Vista y Ondas Terrestres Transmisión por Línea de Vista y Ondas Terrestres  Una onda transmitida por línea de vista es una señal que se propaga directamente entre un transmisor y un receptor sin obstrucciones en su trayectoria. Este tipo de comunicación se utiliza en tecnologías como las redes inalámbricas punto a punto y enlaces de microondas para garantizar una conexión estable y de alta calidad. La transmisión por línea de vista es eficaz en distancias cortas a medias donde no hay obstáculos físicos que puedan interferir en la señal, permitiendo una comunicación confiable y rápida.  El horizonte de radio es la distancia máxima a la que pueden llegar las ondas de radio antes de ser absorbidas por la atmósfera terrestre. Es diferente al horizonte visible, que es la línea que separa la tierra del cielo y marca el límite de nuestra visión en la superficie terrestre.  Una onda terrestre de transmisión electromagnética es una onda de radio que se propaga a lo largo de la superficie de la Tierra, siguiendo su curvatura. Este tipo de onda se utiliza en comunicaciones de larga distancia, ya que puede cubrir grandes áreas sin necesidad de antenas muy altas. Las ondas terrestres son afectadas por factores como la topografía y la ionosfera, lo que puede limitar su alcance y calidad de transmisión.  La onda terrestre debe estar polarizada verticalmente porque ayuda a minimizar interferencias y asegura una comunicación clara y estable entre emisor y receptor.  Requieren una potencia de transmisión relativamente alta. Por lo general, se utilizan en comunicaciones entre barcos, Con la potencia correcta, las ondas terrestres posibilitan la entre barcos y la costa, para radionavegación y comunicación entre dos puntos en cualquier parte del comunicaciones móviles en el mar. mundo. Estas ondas son menos afectadas por las condiciones atmosféricas cambiantes. Ondas Ionosféricas Ondas Ionosféricas  Las ondas ionosféricas son ondas de radio que se reflejan en la ionosfera de la Tierra y permiten la comunicación a largas distancias al rebotar en esta capa de la atmósfera. La ionosfera es una región de la atmósfera terrestre ionizada por la radiación solar. Tiene varias capas, siendo las principales la D, E y F. La cantidad y altura de estas capas dependen de factores como la actividad solar y la altitud. Pérdidas en Trayectorias de Espacio Libre Pérdidas en Trayectorias de Espacio Libre  Las pérdidas en trayectorias de espacio libre se refieren a la disminución de la potencia de la señal a medida que esta se propaga en un entorno sin obstáculos. Estas pérdidas son causadas por factores como la distancia recorrida, la frecuencia de la señal y la interferencia electromagnética. Es importante tener en cuenta estas pérdidas al diseñar sistemas de comunicación inalámbrica para garantizar una cobertura y calidad de señal adecuadas. L_p representa la pérdida de trayectoria en espacio libre, donde D es la distancia en kilómetros, f es la frecuencia en Hertz, lambda es la longitud de onda y c es la velocidad de la luz.  Determinar la pérdida por trayectoria en el espacio libre para una frecuencia de 5 GHz y una distancia de 50 Km  ¿Cuáles son tus conclusiones sobre el resultado anterior? ¿Consideras que ese valor es muy alto o muy bajo? Antenas Antenas  Una antena es un dispositivo que se utiliza para enviar o recibir señales de radiofrecuencia. Estas señales pueden ser utilizadas para comunicación inalámbrica, como en televisión, radio, teléfonos celulares y redes de internet. Las antenas pueden tener diferentes formas y tamaños dependiendo de su función y frecuencia de operación.  Algunos tipos de antenas son antenas de dipolo, antenas Yagi, antenas de parche, antenas parabólicas entre otras  La primera antena documentada fue creada por Heinrich Hertz en 1887 como parte de sus experimentos para demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas. Hertz utilizó un aro metálico conectado a un generador de chispas para emitir y recibir estas ondas, sentando las bases para el desarrollo de la tecnología de las antenas que conocemos hoy en día.  Se pueden hacer antenas con latas de refresco. ¡Es una forma creativa de reutilizar materiales y mejorar la recepción de señal!  Una guía de onda dirige ondas electromagnéticas o acústicas para transmitir señales eficientemente en aplicaciones como antenas y sistemas de comunicación, con formas y tamaños variables según las características de las ondas a transmitir.  Las antenas parabólicas utilizan guías de onda para dirigir las ondas electromagnéticas hacia el receptor. Las guías de onda son conductos metálicos que permiten el transporte de las ondas de radiofrecuencia de manera eficiente y con mínima pérdida de señal.  Un dipolo eléctrico consiste en la separación de cargas positivas y negativas. Una antena dipolo es una varilla horizontal metálica excitada externamente, alimentada en el centro para transmitir y recibir radiofrecuencia. Es una antena simple y práctica, clasificada por su longitud y orientación.  Una antena de dipolo de media onda utiliza dos elementos conductores conectados a un cable coaxial para recibir o transmitir señales de radiofrecuencia eficientemente en radios y televisores.  Una antena de dipolo de media onda consta de dos brazos conductores de igual longitud y paralelos entre sí, separados por un alimentador en el centro. Cada brazo tiene una longitud de aproximadamente un cuarto de longitud de onda. Es un tipo de antena simple y eficiente que se utiliza comúnmente en comunicaciones de radio. https://youtu.be/-F7KYLO4Bkg?t=113 https://gph.is/g/4A1MPbO  El patrón de radiación de una antena es crucial en el diseño de sistemas de comunicación inalámbrica, ya que afecta la cobertura, calidad de la señal y eficiencia del sistema al describir cómo la antena emite energía en diferentes direcciones. Patrón de radiación de una antena de dipolo Patrón en 3D Antena Yagi-Uda  La antena Yagi-Uda es un tipo de antena direccional utilizada comúnmente en telecomunicaciones. Consiste en un conjunto de elementos metálicos, como varillas, montados sobre un reflector y un dipolo activo. Esta antena es popular por su alta ganancia y directividad, lo que la hace ideal para recibir o transmitir señales en una dirección específica. Su diseño sencillo y eficiente la convierte en una opción popular para aplicaciones de radio y televisión.  La antena Yagi-Uda está compuesta por varios elementos, entre ellos: un dipolo conductor activo, un reflector y varios directores pasivos. El dipolo es el elemento activo que recibe y transmite la señal, mientras que el reflector y los directores ayudan a dirigir y enfocar la señal en una dirección específica. Juntos, estos componentes trabajan en conjunto para mejorar la ganancia y la directividad de la antena Yagi-Uda.  El director en una antena Yagi-Uda es un elemento pasivo que ayuda a mejorar la directividad y ganancia de la antena al enfocar la energía en una dirección específica. Su función es recibir las ondas electromagnéticas provenientes del elemento activo (dipolo) y retransmitirlas en la misma dirección, lo que contribuye a aumentar la eficiencia y alcance de la antena. En una antena Yagi-Uda, el elemento activo o dipolo es el elemento central que recibe y transmite las señales de radio. Este componente es crucial para la función de la antena, ya que concentra la energía de las ondas electromagnéticas para su emisión o recepción.  La separación entre los directores en una antena Yagi-Uda se calcula utilizando la fórmula: L = λ / π, donde L es la separación entre directores y λ es la longitud de onda de la frecuencia de operación. Asegúrate de que los directores estén espaciados de manera uniforme para lograr un buen rendimiento de la antena.  La separación entre los directores en una antena Yagi-Uda se calcula utilizando la fórmula: L = λ / π, donde L es la separación entre directores y λ es la longitud de onda de la frecuencia de operación. ¿Cuál sería la separación entre los directores en una antena Yagi-Uda para Wi-Fi (2.4 GHz)? https://javalab.org/en/dipole_antenna_en/ https://javalab.org/en/radio_wave_communication_en/ https://javalab.org/en/electromagnetic_wave_en/