Propagação e Antenas Cabo Coaxial 23 Janeiro de 2009 Rui Almeida Nº 57443 LERC

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Índice O Cabo Coaxial; Modo TEM; Características Modo TEM; Equações Canónicas; Impedância Característica; Impedância de Entrada; Ondas; Factor Onda Estacionária; Adaptação de uma Linha; 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 O Cabo Coaxial 4 camadas concêntricas: A – Condutor interno; B – Isolador dieléctrico; C – Condutor externo; D – Revestimento exterior; Cabo coaxial: 4 camadas concêntricas Condutores: materiais bons condutores, como Cobre ou Alumínio. concêntricos, partilham o mesmo eixo -> onda confinada ao dieléctrico (reduzir as interferências externas) Condutor exterior: malha é circular e metálica -> gaiola de Faraday (isola condutor interno de interferências e evita interferências externas) Dieléctrico entre o condutor interno e externo constituído por qualquer meio dieléctrico (Polietileno e o Teflon, ou ar ou outro gás, através de suportes) O revestimento exterior muitos materiais (o PVC) isolamentos térmicos, climatéricos e electromagnéticos 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Modo TEM – 1/2 Campo eléctrico(Ex) e magnético(Hy) ortogonais entre si e transversais à direcção de propagação(kz); Não dispersivo; modo TEM (Transverse ElectroMagnetic) : o campo eléctrico e magnético são ortogonais entre si e ambos transversais à direcção de propagação, como nome indica imagem, que representa modo TEM para um guia de planos paralelos (corte transversal cabo coaxial) não dispersivo: pode-se desprezar a dependência dos vários tipos de perdas nos cálculos desde que comprimento da linha não seja >> comprimento de onda admitindo bons condutores e bons dieléctricos. 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida - 57443 Modo TEM – 2/2 Grandezas CLRG como parâmetros distribuídos; Grandezas características: C-capacidade, L-indutância, R-resistência, G-condutância linha como estrutura de parâmetros distribuídos coexistindo entre si num dado ponto do dieléctrico (capacidade por metro, não condensador, parâmetros concentrados abordados em Teoria dos Circuitos) distribuídos (duplicando o tamanho do troço duplica-se o valor destas grandezas características) 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida - 57443

Características Modo TEM Propagação e Antenas 08/09 Características Modo TEM   Equações de Maxwell Parâmetros da Linha As primeiras duas equações de Maxwell representam, propagação do campo electrico (E) e magnético (H) modo TEM -> o campo reduz-se às componentes transversais. a partir destas duas equações é possível concluir os parâmetros da linha Devido ao tempo reduzido não podemos Tensão integral sobre o campo eléctrico, sendo que o intervalo [1,2] traduz um caminho existente numa secção transversal da linha. Corrente A partir do integral cíclico sobre o campo magnético. Capacidade, auto-indução e condutância: correspondem com os definidos em regime estacionário Corrente Tensão 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Equações Canónicas Equações ondas parâmetros da linha -> resolução matemática ->equações canónicas das linhas expressas em: tensão descrita em termos de resistência e indutância multiplicadas pela corrente corrente descrita em termos de condutância e capacidade multiplicadas pela tensão definição -> derivação das equações canónicas -> consegue-se isolar tensão e corrente em expressões diferentes, sendo que desenvolvendo essas expressões chegamos às equações das ondas de tensão e corrente. 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Impedância Característica Propagação e Antenas 08/09 Impedância Característica impedância característica: razão entre a ondas de tensão e corrente incidentes numa linha indefinida independente da posição da linha, sendo função dos seus parâmetros distribuídos depende unicamente da geometria da linha de transmissão e tipo de materiais fabrico. impedância de carga: impedância no fim da linha (antena, ou outro) 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Impedância de Entrada Com y=l, tem-se : Impedância de entrada da linha impedância definida à entrada da linha, impedância que o gerador vê para y=l -> quociente da tensão e corrente à entrada da linha Substituindo pelas expressões da tensão e da corrente ao longo da linha tem-se para y a expressão da impedância de entrada 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Ondas Onda incidente Onda reflectida Onda estacionária Onda transmitida Num sistema desadaptado onda incidente: propaga do gerador para a carga onda reflectida: propaga da carga para o gerador resultado da interferência das duas ondas: onda estacionária: uma onda sinusoidal a oscila à frequência imposta pelo gerador 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Factor de Onda Estacionária Propagação e Antenas 08/09 Factor de Onda Estacionária Adaptação da Linha ρ = 1 : Linha Adaptada ρ = ∞ : Circuito aberto ou curto circuito. O factor de onda estacionária (ρ ou SWR): quociente adimensional entre o valor máximo e o valor mínimo da onda estacionária definidos em termos do coeficiente de reflexão da tensão (ks) servindo como medida de adaptação da linha Para ρ = 1, temos que a linha está adaptada. Para ρ = ∞, temos que a linha está em circuito aberto ou curto-circuito 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443 Propagação e Antenas 08/09 Adaptação de uma linha Adaptação por stub Comprimento e distância à carga ajustáveis resolver o problema de termos linhas desadaptadas -> stub Stub: troço de linha, idêntico à linha principal (terminada curto circuito), ligado em paralelo com carga. comprimento e a distância à carga ajustáveis -> adaptação da linha. Carta Smith: ferramenta gráfica Representa sobreposição do espaço real e imaginário pode ser utilizada para calcular características de linhas de transmissão bastante útil na adaptação de uma linha por um stub -> permite obter o comprimento e distância à carga necessários no stub ->linha adaptada marcação de pontos, dispensando cálculos completos. certos instrumentos de medida apresentação das características como impedância ou factores de reflexão 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida – 57443

Cabo Coaxial – Rui Almeida - 57443 Sumário Cabo coaxial – 4 camadas concêntricas; Modo TEM – parâmetros distribuídos, não dispersivo, campo eléctrico e magnético transversais sentido propagação; Características e parâmetros da Linha – impedância característica e de entrada; Ondas – incidente, reflectida, estacionária e transmitida; Factor de onda estacionária; Adaptação de uma Linha – stub, carta Smith; 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida - 57443

Agradecimentos e Bibliografia Transparências das aulas teóricas; Matéria da disciplina, Docentes da cadeira, AEIST, IST, LEEC: Versão1:2001-02; Antenas de Onda Estacionária - Métodos e Modelos de Análise, António S. Carvalho Fernandes, Fundação Calouste Gulbenkian, 1980 Propagação e Radiação de Ondas Electromagnéticas, Vol 3. Propagação Guiada, M. de Abreu Faro, Técnica, AEIST Obrigado pela atenção 23-01-2009 Cabo Coaxial – Rui Almeida - 57443