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MEDIOS FÍSICOS GUIADOS PARA ALTA FRECUENCIA, Nombre: Jorge Gonzales Acosta…
MEDIOS FÍSICOS GUIADOS PARA ALTA FRECUENCIA
Modelo de Parámetros Distribuidos
Fundamento teoricocircuital:
Representación de la línea de transmisión mediante componentes infinitesimales de circuito agrupados por unidad de longitud (, , , ) en lugar de parámetros concentrados.
Criterio de aplicabilidad en AF
Se vuelve obligatorio cuando la longitud física de la línea () es apreciable comparada con la longitud de onda de la señal (), haciendo que la corriente y el voltaje varíen en magnitud y fase a lo largo de la línea.
Impacto en el transporte de datos:
La acumulación de efectos distribuidos a lo largo del trayecto introduce atenuación de potencia, distorsión de fase/retardo y reflexiones por desadaptación, limitando la tasa de transmisión de bits y el ancho de banda efectivo del canal.
Parámetros Primarios de la Línea de Transmisión
R — Resistencia en serie ():
Definición: Oposición al flujo de corriente eléctrica en los conductores metálicos de la línea.
Comportamiento en AF: Incrementa proporcionalmente con la raíz cuadrada de la frecuencia debido al efecto de superficie (skin effect), el cual desplaza la corriente hacia la periferia exterior del conductor reduciendo el área útil de conducción.
Impacto en transmisión: Genera pérdidas de potencia por calentamiento Joule (), siendo el factor principal de la atenuación del conductor ().
L — Inductancia en serie ():
Definición: Inductancia propia distribuida producida por los campos magnéticos oscilantes que rodean y penetran a los conductores.
Comportamiento en AF: Almacena energía magnética en el medio adyacente y genera reactancia inductiva en serie ().
Impacto en transmisión: Determina, junto con C, la impedancia característica del medio y establece el retardo de propagación del pulso ().
C — Capacitancia en paralelo ():
Definición: Capacitancia distribuida formada por los dos conductores metálicos separados por el medio dieléctrico aislante.
Comportamiento en AF: Almacena energía eléctrica en el dieléctrico y presenta susceptancia capacitiva en paralelo ().
Impacto en transmisión: Limita la rapidez de subida/bajada (slew rate) de los pulsos digitales, actuando como un filtro pasaaltas de derivación hacia tierra.
G — Conductancia en paralelo ( o ):
Definición: Pérdida por corriente de fuga que circula a través del material aislante o dieléctrico entre ambos conductores.
Comportamiento en AF: Aumenta significativamente con la frecuencia debido al calentamiento molecular dieléctrico.
Impacto en transmisión: Contribuye directamente a la atenuación dieléctrica de la señal, degradando la amplitud en enlaces de alta frecuencia.
Parámetros Secundarios de la Línea de Transmisión
— Impedancia Característica ():
Definición: Relación entre el voltaje y la corriente de una onda incidente que se propaga a lo largo de una línea de longitud infinita ().
Régimen de Alta Frecuencia: A frecuencias elevadas donde  y , la ecuación se simplifica a , comportándose como una resistencia pura independiente de la frecuencia y de la longitud.
Impacto por desadaptación: Si la carga difiere de la impedancia característica (), se producen ondas reflejadas. Esto eleva la Relación de Onda Estacionaria (), genera pérdida de potencia transferida, causa distorsión por interferencia de pulsos (ecos/fantasmas) y riesgo de arco voltaico (efecto corona).
 — Constante de Propagación ():
Definición: Coeficiente complejo que expresa la variación de amplitud y fase de la onda por unidad de longitud ().
 — Coeficiente de Atenuación ( o ):
Expresión en AF: .Impacto: Representa la tasa de decaimiento exponencial de la amplitud de voltaje y corriente () debido a las pérdidas disipativas combinadas del conductor () y del dieléctrico ().
 — Coeficiente de Fase ():
Expresión en AF: .Impacto: Mide la tasa de rotación del ángulo de fase por metro recorrido. Si  no mantiene una relación estrictamente lineal con la frecuencia, se origina distorsión por retardo diferencial de fase.
Propagación en el Dieléctrico
 — Velocidad de Fase ():
Definición: Velocidad real a la que se propaga la onda electromagnética a través del medio aislante ().
 — Factor de Velocidad (Adimensional):
Definición: Relación entre la velocidad de propagación en la línea y la velocidad de la luz en el espacio libre ().
Efecto de la Permitividad Relativa ():
La constante dieléctrica del aislamiento reduce la velocidad de transporte ( oscila típicamente entre 0.6 y 0.95 en materiales como teflón o polietileno).
Impacto en el transporte de datos:
Modifica la longitud de onda eléctrica dentro de la línea ().
Determina el tiempo de retardo temporal ( por metro), parámetro crítico para la sincronización de buses de alta velocidad, ecualización de fase y reflectometría en el dominio del tiempo (TDR).
Comparación en AF: Cables Coaxiales vs. Guíaondas
Cables Coaxiales (Rígidos y Semirrígidos):
Modo de propagación: Propaga ondas Electromagnéticas Transversales (TEM), donde los campos  y  son estrictamente perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
Estructura: Conductor central rodeado de un dieléctrico y un conductor externo blindado.
Limitaciones en EHF / Microondas (): Sufre un drástico incremento en la atenuación por efecto superficial en el conductor central y calentamiento del dieléctrico aislante. Presenta limitaciones de potencia máxima por rigidez dieléctrica (ruptura por arco voltaico).
Modo de operación: Asimétrico/desbalanceado.
Modo de operación: Asimétrico/desbalanceado.
Guíaondas (Rectangulares y Circulares):
Modo de propagación: Propaga modos Eléctrico Transversal (TE) o Magnético Transversal (TM). La onda TEM directa es imposible porque la componente tangencial del campo eléctrico se pondría en cortocircuito en las paredes metálicas; la energía se propaga rebotando en zigzag.
Comportamiento como Filtro Pasaaltas: Presenta una Frecuencia de Corte () y una Longitud de Onda de Corte ( para el modo dominante  en guía rectangular con dimensión ancha ), por debajo de la cual no existe propagación de energía.
Velocidad de Fase () vs. Velocidad de Grupo ():
: Velocidad aparente de la fase paralela a las paredes.
: Velocidad real de transmisión de la energía e información ().
Impacto: Causa dispersión modal/cromática si la señal contiene componentes de frecuencia cercanos a .
Ventajas en Microondas (): Al carecer de conductor central y usar aire o gas inerte como dieléctrico, elimina las pérdidas dieléctricas y de superficie del conductor interno, ofreciendo atenuación extremadamente baja y una capacidad masiva de manejo de potencia.
Nombre: Jorge Gonzales Acosta
MATERIA: Sistemas de Radiocomunicaciones
Fecha: 7 - 10 - 2026