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Tecnologia Mundial em Transporte e Distribuição de sinais de TV

LINHAS DE TRANSMISSÃO

NOÇÕES BÁSICAS E PRINCIPAIS TIPOS DE LT

APRESENTA

LINHAS DE TRANSMISSÃO

     

• Linha de Transmissão (LT) é um lelemento condutor que eletricamente transfere a energia gerada em forma de onda eletromagnética de um ponto a outro. As principais carcterísticas de uma LT são:

• IMPEDÂNCIA CARACTERÍSTICA ou IMPEDÂNCIA DE LINHA (Zo)

EXCITADOR50

AMPLIFICADOR50

cabo de 50

- Elemento responsável pela perfeita tranferência de energia do transmissor ao receptor. Esta tranferência é chamada de “casamento de impedâncias”.

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• PERDA POR INSERÇÃO (IL – Inserction Loss)

- É a perda intrínsica provocada pela LT que varia de acordo com o comprimento da mesma e da frequência da onda eletromagnética nela atribuída. Quanto maior for a linha, maior será aperda que é expressa em dB.

• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)

- Um gerador de RF com uma determinada impedância de saída fornece sinal a uma carga por intermédio de uma LT, que será considerada ideal (IL = 0).

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ZL

corrente e tensão em fase

Pinc

 

Vinc

 

         

  - Considerando que a impedância da carga ZL seja puramente resistiva, a potência fornecida pelo gerador de RF será totalmente absorvida por ZL. Isto porque a corrente ( I ) e tensão ( V )presentes em ZL estão na mesma fase.

LT ideal

Pinc

  R

XL

V I

Vinc

 

Vref

 

LT Real V adiantado de I

- A LT é um condutor elétrico que ao passar corrente acontecerá o efeito indutivo. Quanto maior for o comprimento da LT maior será a indutância.

- A indutância da LT provoca a reatância da linha, o que provoca uma oposição à passagem dacorrente e um atraso de fase da mesma emrelação à fase da tensão.

        

 

 

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• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)

- A reatância indutiva também faz o surgimento de um outro fenômeno: a sobre tensão.Os picos de amplitude da tensão defasada com os da tensão gerada são somados gerando uma tensão induzida que em parte é refletida ao gerador.

- O surgimento da tensão refletida obviamente provoca também a potência refletida da carga para o gerador.

- A interação entre sinal incidente e sinal refletido criará a chamada` onda estacionária. Isto não é bom para carga e pior ainda para o gerador. A carga não estará aproveitando todo sinal fornecido pelo gerador e este estará recebendo de volta parte de sua energia desenvolvida. Por exemplo, se neste caso o gerador de RF fosse um transmissor que obteve um retorno demasiado do sinal entregue a uma antena por uma LT, o estágio de saída deste transmissor estaria comprometido.

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• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)

- A onda estacionária pode ser dimensionada pela relação entre tensão incidente e tensão refletida. Esta relação é chamada de VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio ) possui umindice de reflexão ( ) que determina o percentual de tensão refletida. Por exemplo:

VSWR = 1.1 10% tensão refletida 90% tensão incidente   

- Ainda podemos ter o coeficiente de reflexão ( ) que representa a intensidade do sinal refletido em relação ao sinal incidente. É dado por:

= VSWR –1 ou = VSWR+1

- A VSWR também pode ser expressa como Relação de Onda Estacionária ROE ou SWR (Standing Wave Ratio) quantifica o casamento de impedâncias. É dada por:

VSWR ou ROE= 1+

PINCIDENTE

PREFLETIDA

1-

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• PERDA POR RETORNO (RL – Return Loss)

- Para uma LT a maneira mais prática de se dimensionar a sua onda estacionária é pelaperda por retorno ( R L ). A RL ( Return Loss ) pode ser obtida em função das relações potência incidente / potência refletida, tensão incidente / tensão refletida , ou pelo valor daVSWR. Seu valor é fornecido em dB pelo fabricante da LT e esta diretamente ligado a frequência, por isso é necessário especificar uma LT sempre em primeiro lugar comrelação a frequência.

RL(dB) = 10 log ( PREF / PINC ) RL(dB) = 20 log ( VREF / VINC )

RL(dB) = 20 log ( VSWR-1) / ( VSWR+ 1 )

 

 

- Na prática é aceitável o uso de uma LT com VSWR de 1.2 que corresponde a uma RLentorno de 21,8 dB. 

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CASAMENTO PERFEITO: carga 100% resistiva

Γ = 0 ROE ou VSWR = 1.0 100% incidente 0% refletido

DESCASAMENTO:

Γ 1 ROE ou VSWR ∞ Exemplo: Qual é a perda por retorno, o coeficiente de reflexão e a VSWR para um sistema de transmissão de 1KW com um retorno de potência de 10W?

RL= 10log (10 / 1000 ) RL= -20dB Γ = (10/1000) Γ = 0,1

VSWR = (1+0,1) / (1-0,1) VSWR = 1,22

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• COMPRIMENTO FÍSICO DE UMA LT:

- A eficiência de uma LT será total se a mesma for construída no comprimento da onda de RF nela aplicada. No entanto, para frequências baixas o comprimento de onda pode ficar com valores exagerados para a construção da LT.

EXCITADOR50

AMPLIFICADOR50

l = λ = C

f

Onde: C= velocidade da luz no vácuo 3x108m/s; f= frequência da onda em Hz

l

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• SUB-MULTÍPLOS DE λ

- No entanto, pode-se manter a eficiência desta LT caso o comprimento da LT seja construído em sub-múltiplos do comprimento da onda de RF, como meia onda (λ/2), um quarto de onda (λ/4), um oitavo de onda (λ/8) etc.

EXCITADOR50

AMPLIFICADOR50

l = λ/2; λ/4; λ/8…..

l

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• COMPRIMENTO DE ONDA NA LINHA (λg)

- O comprimento físico de uma LT ideal é dada em função do comprimento da onda RF nela aplicada, ou seja:

- No entanto uma LT real é construída com um determinado tipo de material condutor que possui uma determinada velocidade de propagação para a onda de RF e uma determinada constante dielétrica. Sendo assim, o comprimento real de uma LT é dado por:

Onde: Vp: velocidade de propagação do material ε: constante dielétrica do material f: frequência da onda de RF C: velocidade da luz no vácuo 3x108 m/s

l = λ = C

f

λg = C x Vp

f

ou λg = C

f ε

Dados fornecidos pelo fabricante da LT

LINHAS DE TRANSMISSÃO

     

• DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE UMA LT PARA UM SISTEMA IRRADIANTE

- O dimensionamento de uma LT deve ser rigorosamente respeitado pelo valor do comprimentoou do sub-multíplo do comprimento do sistema irradiante.

TRANSMISSOR

l : comprimento da LT em sub-múltiplos inteiros de λ /4

antena construída em λ /4

λ/4

λ/4

λ/4

λ/4

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• DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO DE UMA LT PARA UM SISTEMA IRRADIANTE

- Exemplo: Calcule o comprimento de um cabo RG213 para ligar um transmissor Canal 02 em uma antena painel dipolo de meia-onda. O transmissor e antena estão distantes em 20m.

TRANSMISSOR

λg/2

λg/2

λg/2

VP para RG213: 66%Constante dielétrica RG213: 2,3 Frequência Central Canal 02: 57MHz

λg = C x Vp

f

ou λg = C

f ε

λg = 3x108 x 0,66

57x106

λg = 3,47m

Em 20m (distância antena transmissor) temos: 20 / 1,735 = 11,52λg

Para que a LT não provoque onda estacionária deve ser um valorinteiro, ou seja 12λg/2. Deste modo o comprimento total do cabo é de 12 x 1,735m : 20,82m

Os 82cm de cabo que sobram devem ser preservados.

antenameia-onda

λg/2 = 1,735m

LINHAS DE TRANSMISSÃO – CABOS COAXIAIS

     

a

bcampo elétricoa: raio do condutor

internob: raio do condutor externo

 O cálculo da impedância de um cabo é dado por: 

Zo = K log (a/b)

- O condutor interno ( vivo ) está isolado eletricamente do condutor externo ( malha ) por um material com determinada constante dielétrica K ( dielétrico). Normalmente é usado Teflon como dielétrico.

- O campo elétrico de um sinal de RF tem a propriedade de propagar-se na superfície

dos condutores.

LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA

     

EM

     

Um outro tipo de LP são os guias-de-onda. Eles tem comovantagem principal o fato possuírem uma perda muitíssimo menor que a de um cabo coaxial.

O princípio de funcionamento de um guia-de-onda baseia-senas propriedades eletromagnéticas de um sinal de RF. A construção de um guia-de-onda é feita com uma “janela” feita na sua flange por onde circulará o sinal de RF.

- O campo elétrico ( E ) sempre escolhe o menor caminho para propagar-se, enquanto que o campo magnético ( M ) ficará na perpendicular. Desta maneira é possível polarizar a transmissão de uma onda de RF.

EM

Polarização Horizontal Polarização Vertical

ME

          

 

LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA

ELIPTICO

Flange: EWVantagens: menor custo; flexibilidadeDesvantagem: é o que possui a pior relação potência x atenuação 

       

RETANGULAR

Flange: WRVantagem: pode ser rígido ou flexívelDesvantagem: possui uma relação potência x atenuação pior que o circular

CIRCULAR

Flange: CWVantagem: melhor relação potência x atenuação Desvantagem: mecanicamente inviávelpor não ser flexível

 

LINHAS DE TRANSMISSÃO – GUIAS DE ONDA

TRANSIÇÃO H- V RETANGULAR

TRANSIÇÃO RETANGULAR- CIRCULAR

TRANSIÇÃO GUIA RETANGULAR - Nm

BANDA C Rx BANDA C Tx BANDA KU Tx / Rx