Tipos y características de las líneas de transmisión y conectores RF

Electricidad y Electrónica27 dic 2024Actualizado el 7 nov 20267,12 KB

Resumen

El documento describe las líneas de transmisión (equilibradas, coaxiales y guías de onda) y sus tipos, aislantes, parámetros como la atenuación, la tensión de pico y el radio mínimo de curvatura. También recoge otros usos de estas líneas y los principales conectores de radiofrecuencia, con sus características y aplicaciones típicas.

Puntos clave

Las líneas equilibradas tienen dos conductores separados por un dieléctrico, con impedancias típicas de 300 Ω y 110 Ω.
Las líneas coaxiales son desequilibradas e inmunes a las interferencias; las impedancias habituales son 50 Ω (radiodifusión) y 75 Ω (distribución RF).
La impedancia característica de un coaxial se calcula como Z0 = (138 / √E) · log(diámetro de la malla / diámetro del vivo), donde E es la constante dieléctrica.
Las guías de onda prescinden del conductor central y se usan en microondas con pérdidas mínimas; el modo de propagación depende de la frecuencia de corte.
La atenuación aumenta con la frecuencia, depende del tipo de aislamiento y de las dimensiones físicas de la línea.
Los conectores RF se eligen según impedancia, frecuencia máxima de trabajo, tipo de cable, potencia máxima, pérdidas de inserción y tipo de montaje.

Ponte a prueba

Líneas de Transmisión

Las líneas de transmisión transfieren energía del generador a la carga.

Líneas de transmisión equilibradas

Constan de dos conductores separados por un dieléctrico. Impedancias típicas: 300 Ω y 110 Ω.

Fórmula para calcular la impedancia (Z):

Z = (Cte. aire) * 276 * log (distancia de separación / diámetro de los conductores)

Desventajas:

La acumulación de polvo y la humedad pueden aumentar las pérdidas hasta 10 veces.

Líneas de transmisión coaxiales

Poseen un conductor central (vivo) y un conductor exterior o malla (conectada a tierra) concéntricos. Se trata de una línea desequilibrada. Son inmunes a las interferencias.

Radiodifusión: 50 Ω.
Distribución RF: 75 Ω.

Fórmula para calcular la impedancia característica (Z₀):

Z₀ = (138 / √E) * log (Diámetro de la malla / Diámetro del vivo)

Donde E es la constante dieléctrica del aislante.

Tipos de líneas coaxiales

Flexibles: Se utilizan en aplicaciones de poca potencia y baja frecuencia, como la interconexión de equipos y el procesado de señales.
- RG58 (50 Ω)
- RG59 (75 Ω)
- RG213/214 (50 Ω)
- LMR400 – CFD400 (50 Ω): Bajas pérdidas.
Semirrígidas: Se emplean para la interconexión de equipos con filtros de multiplexación, distribución de antena y la propia antena. Ofrecen bajas pérdidas en UHF y SHF. Adecuadas para equipos de RF potentes.

CELLFLEX	Conductor de cobre relleno de aluminio o hueco. Dieléctrico de espuma (FOAM). Conductor exterior corrugado de cobre o aluminio. Series normalizadas. Fácil montaje, media/alta potencia, bajas pérdidas.
HELIFLEX	Dieléctrico de aire. Conductor vivo separado del exterior por una espiral dieléctrica. Mayor potencia. Problemas: Condensación interna. Requiere conectores especiales y presurización positiva.

Rígidas: Consisten en dos tubos de cobre concéntricos, con discos de teflón para mantener la distancia. Soportan mucha potencia y tienen muy pocas pérdidas. La presurización aumenta la potencia soportada. Permiten ángulos rectos y gran precisión de fases. La unión se realiza mediante corseletes, bellotas o semicorseletes.
Radiantes: Presentan agujeros en la malla, combinando la función de línea de transmisión y antena. Ofrecen pérdidas controladas.

Guías de Onda

Prescinden del conductor central. Son tubos de sección rectangular, elíptica o circular que determinan la polarización. El campo eléctrico (E) y magnético (H) están confinados en su interior. Se utilizan en microondas y ofrecen pérdidas mínimas.

FLEXWELL: Conviene presurizar y respetar los radios de curvatura.

El modo de propagación depende de la frecuencia de corte. Si la frecuencia (F) es mayor que la de corte, no hay atenuación.

El modo dominante se da cuando la frecuencia de corte es menor. La propagación depende de las dimensiones de la guía.

Anchura de la guía = λ_corte / 2

Aislantes

Polietileno compacto (duro).
Polietileno expandido (blando): Menor constante dieléctrica, menores pérdidas y mayor velocidad de propagación.
Polietileno-aire: En forma de discos o espiral.
Teflón: Para temperaturas extremas. Er = 2,1. Rigidez dieléctrica: 50 kV/mm.
Tefcel: Para tensiones altas. Er = 2,6. Rigidez dieléctrica: 80 kV/mm.

Atenuación

Se refiere a la pérdida de potencia. Factores que influyen:

A mayor frecuencia, mayor pérdida.
Tipo de aislamiento.
Dimensiones físicas.

Tensión de Pico

Es la tensión máxima entre conductores sin perforar el dieléctrico. Depende de:

Rigidez dieléctrica.
Grosor del cable.

Radio Mínimo de Curvatura

Es la medida mínima de curvatura sin que la línea pierda sus características o propiedades.

Otros Usos de las Líneas de Transmisión

Filtros de segundo armónico.
Filtros pasabanda.
Desfasadores.
Acopladores y divisores.
Adaptadores de impedancia.

Conectores RF

Parámetros:

Impedancia.
Frecuencia máxima de trabajo.
Tipo de cable.
Potencia máxima.
Pérdidas de inserción.
Tipo de montaje.

UHF PL (macho) SO (hembra)	Bajo coste. Baja potencia. Hasta 300 MHz en aplicaciones de HF y UHF.
BNC (Bayonet Neil Concelman)	Monitorización de RF y FI. Sondas a medida. Conexión de señales de baja frecuencia y MPX. Procesado de vídeo/audio. UHF de baja potencia. 50 y 75 Ω.
Tipo N	50 Ω. Tamaño medio y buen rendimiento. Frecuencia máxima: 18 GHz. Cables de 1/4", 3/8". Resiste bien los agentes meteorológicos. Uso: Antenas de baja potencia, radioenlaces, conexiones de RF.
TNC	Igual que BNC, pero de rosca.
RP-TNC	Igual que TNC, pero con el género cambiado.
Tipo 7/16	Diámetro exterior: 16 mm. Interior: 7 mm. Soporta hasta 100 W. Cable coaxial semirrígido. Frecuencias hasta 7,5 GHz.
EIA	Alta potencia. Conectores hermafroditas (elemento intermedio). Ejemplos: EIA 7/8", 5/8", etc.
SMA/SMB	Tamaño reducido y bajas pérdidas. Conexión interna de equipos. Puentes de etapas de FI. Pequeños moduladores y amplificadores. Antenas WiFi. Frecuencias hasta 18 GHz.
F	Antenas de TV/SAT. Impedancia: 75 Ω. Hasta 3 GHz.
CEI	Impedancia: 75 Ω. Toma de antena.

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Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre una línea equilibrada y una coaxial?

La línea equilibrada consta de dos conductores separados por un dieléctrico, mientras que la coaxial tiene un conductor central y una malla exterior concéntricos conectada a tierra. La coaxial es una línea desequilibrada y es inmune a las interferencias.

¿Qué impedancias son habituales en las líneas coaxiales?

En radiodifusión se usan líneas de 50 Ω y en distribución de radiofrecuencia de 75 Ω.

¿Para qué se utilizan las guías de onda?

Se utilizan en microondas porque prescinden del conductor central, confinan los campos eléctrico y magnético en su interior y ofrecen pérdidas mínimas.