LINHAS DE TRANSMISSÃO. Introdução - 1

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1 Introdução - 1 A baixas frequências mesmo o circuito mais complicado pode ser descrito em termos de conceitos simples como resistência, capacidade e inductância. A estas frequências o comprimento de onda associado à frequência de excitação (l=v/f) é muito maior do que as dimensões físicas dos componentes do circuito e temos assim circuitos de parâmetros concentrados. f = 50Hz λ 6000Km f = 50MHz λ 6m Na figura está representado o valor da tensão ao longo de um circuito onde o comprimento de onda l é comparável à dimensão do circuito. Amplitude V max l z Neste tipo de circuito todo o efeito indutivo encontra-se concentrado em bobinas, todo o efeito capacitivo encontra-se concentrado em condensadores e todo o efeito resistivo encontra-se concentrado em resistências. V min V G Z L

2 Introdução - 2 Todos os processos neste tipo de circuitos são considerados apenas como função do tempo. Quando l é da ordem de grandeza das dimensões dos circuitos, o tempo de propagação para os efeitos eléctricos de um ponto para outro ao longo do circuito torna-se comparável ao tempo das oscilações das correntes ou cargas dos sistemas. Por isso todos os processos devem ser considerados como função não só do tempo mas também da distância. A análise convencional de circuitos, baseada nas leis de Kirchoff e noções de tensão e corrente, não é suficiente para uma descrição adequada dos fenómenos eléctricos. o É necessário fazer uma análise em termos dos campos eléctrico e magnético associados. Para frequências baixas podemos considerar as bobinas e os condensadores como elementos ideais. As perdas (óhmicas e no dieléctrico) e impurezas reactivas sempre presentes em bobinas e condensadores vão-se tornando importantes com o aumento da frequência. Na região das microondas (f>900mhz) estes elementos deixam mesmo se ser realizáveis.

3 Introdução - 3 (i) L (ii) C L Bobina a baixas (i) e a altas frequências (ii) L R L (i) C (ii) R C Condensador a baixas (i) e a altas frequências (ii) C L C Isto não significa, contudo, que tais elementos não sejam realizáveis nestas frequências. São realizáveis, mas de um modo completamente diferente.

4 Introdução - 4 A figura mostra a secção transversal de uma guia de onda rectangular com três tipos de íris equivalentes respectivamente a: (i) capacidade em paralelo; (ii) inductância em paralelo e (iii) circuito tanque paralelo. Íris Íris Íris (i) (ii) (iii) Entre os dois extremos, baixas frequências e microondas, existe uma vasta área de utilização para as linhas transmissão. As linhas de transmissão são utilizadas em praticamente todos os sistemas de comunicação. As formas mais simples de linhas de transmissão, datam dos primeiros dias do telégrafo e do telefone. A linha bifilar é ainda utilizada quer na forma de cabos multifilares ou de dois condutores paralelos.

5 Introdução - 5 Os três tipos de linhas de transmissão mais utilizados são:

6 Introdução - 6 o Linhas de transmissão de pratos paralelos: Este tipo de linha de transmissão consiste em dois pratos condutores paralelos separados por um dielétrico com espessura uniforme. Na zona das microondas, este tipo de linha de transmissão pode ser fabricado em circuito impresso. São normalmente denominadas striplines. o Linha bifilar: Esta linha de transmissão é constituída por um par de condutores paralelos separados com uma distância uniforme. o Cabo coaxial: Consiste num condutor interno e um condutor externo que o envolve separados por um dielétrico. Esta estrutura tem a vantagem de confinar os campos eléctricos e magnéticos inteiramente dentro da região do dielétrico. Para que haja uma transmissão eficiente de potência de um ponto para outro ponto a energia deve ser direccionada ou guiada. O modo dominante de propagação em linhas de transmissão é o modo TEM (Transverse ElectroMagnetic). Neste modo de transmissão os campos eléctrico e magnético existem num plano perpendicular à direcção de propagação.

7 Introdução - 7 A figura representa a configuração dos campos eléctrico e magnético em vários tipos de cabos e linhas strip propagando-se em modo TEM. Substracto