T3 Parámetros y Medidas en Líneas de Transmisión. José Gorjón

Transcripción

1 T3 Parámetros y Medidas en Líneas de Transmisión José Gorjón

2 Línea de transmisión por conductores

3 Parámetros primarios

4 Parámetros secundarios: Impedancia Característica

5 Impedancia característica de los cables más empleados. Tipo Descripción Impedancia característica (Ω) RG 8 Cable coaxial 52 RG 6, RG Cable coaxial (TV, video HD, SD, 3G- SDI, audio digital) Conductor bifilar empleado comúnmente como conductor de entrada de TV. Líneas aéreas Líneas aéreas de conductores paralelos CAT 5E, 6, 6A, Cables de datos UTP 100 Audio digital Cable par trenzado

6 Parámetros secundarios: Constante de propagación Distorsión de atenuación γ = α + jβ Distorsión de retardo A = α l (db) t p = l β ω

7 Condición de Heaviside Siendo Z o = R + jωl G + jωc γ = R + jωl G + jωc Si se cumple la condición de HEAVISIDE R G = L C tenemos : γ = LC R ΤL + jω Al ser L = RC, tendremos un valor de α mínimo, la línea atenuará la G señal menos que con cualquier otro valor de L. α = R C ΤL, la línea producirá posible. la mínima distorsión de atenuación β = ω LC, es proporcional a w si L y C son constantes; entonces la línea producirá la mínima distrorsión de retardo. Z o = L ΤC, siendo Z real y constante con w

8 A la frecuencia de 125 MHz una línea de transmisión tiene una impedancia característica Zo=40 Ω, una cte de atenuación α=0.02 Np/m y una cte de fase β=0.75 rad/m. Calcular los parámetros R, L, G y C de la línea.

9 Líneas no dispersivas, con bajas pérdidas y sin pérdidas

10 Los parámetros de una línea de transmisión sin pérdidas son L=0.25 µh/m y C=100 pf/m. Calcular la impedancia característica, cte de fase, longitud de onda y velocidad de fase para una onda sinusoidal de frecuencia 600 MHz.

11 Adaptación de impedancias

12 Pérdidas por reflexión Pérdidas de retorno.

13 Actividad 3 Una señal de 105 MHz incide sobre una línea de transmisión de impedancia Z1 igual a 50 Ω. La línea tiene una longitud de 125 metros y se termina con la impedancia Z2 de 300 Ω. La longitud de onda de la señal sobre la línea. La longitud de la línea en longitudes de onda. Pérdidas por reflexión A en db. Coeficiente de reflexión ρ. Pérdidas de retorno Ar Cuál es la solución para minimizar lo máximo las pérdidas por reflexión?.

14 La relación de onda estacionaria (ROE) Es un parámetro muy importante para conocer la pérdida de la señal en una línea. Para calcular las pérdidas y el rendimiento de la línea hay que conocer el coeficiente K, que es: ROE = Z max Z min ROE 1 K = ROE+1 %Pérdidas =100K 2 %Rendimiento =100 -%Pérdidas

15 Ejemplo de calculo Se desea conectar una línea cuya Z es de 75Ω a una Z de 50Ω. Calcular las pérdidas y el rendimiento de ésta.

16 Ejemplo Podemos trabajar con una potencia de emisión de señal de 10000W, frente a una potencia de recepción de la misma señal de W. Si calculamos la atenuación sufrida, resulta un valor de. Log Log Log

17 Respuesta de los sentidos

18 Constitución general de los circuitos. Cuál es el rendimiento? Actividad: Si la potencia medida a la entrada P1 es de 1 W y la medida a la salida P2 de 0,15W. Calcula el rendimiento del sistema en unidades adimensionales. Y en forma logarítmica?

19 Belios, decibelios (db) Belio R = log 10 P 2 P 1 (db) decibelio R = 10 log 10 P 2 P 1 (db) Si R >0 P2 Si R =0 P2 Si R< 0 P2 P1 P1 P1

20 Ejercicios Cuál es el rendimiento en db? Actividad: Si la potencia medida a la entrada P1 es de 15 W y la medida a la salida P2 de 142W.

21 Unidades absolutas (dbw, y dbm) L = 10 log 10 P 1 1 W (dbw) L P/1mW = 10 log 10 Actividad: P 1 1mW (dbm) Cuál es el valor en dbm de un sistema atenuador con una potencia de salida de 6 W?

22 Ejemplo Una estación base de telefonía móvil puede transmitir una potencia de 80 W aproximadamente (ganancia de la antena incluida). Los teléfonos móviles sólo reciben unos W, lo que supone un % de la potencia transmitida. Calcula la perdida de señal? Calcula los dbm en cada equipo y calcula la diferencia?

23 Ejercicio - Cuál es el rendimiento en db? Cuál son los dbm?

24 Unidades absolutas (dbu, o dbv) P = V2 Z V V = 20 log 10 0,775V u viene de unidad de volumen usada en los VUmeter (dbu) Actividad: Si en una línea telefónica introducimos una señal vocal con una amplitud de 200mV y a la salida tenemos 15 mv, cuál es el valor en dbv de cada una de las señales? Cuál es el rendimiento de dicha línea en db?

25 Unidades absolutas (dbv, dbmv, dbuv) V = 20 log 10 V 1 Volt (dbv) V = 20 log 10 V = 20 log 10 V 1 mvolt (dbmv) V 1 μvolt (dbμv)

26 Unidades relativas (dbr)

27 Unidades relativas (dbr)

28 El dbm0 En los circuitos de transmisión existen varios tipos de señales, tales como pilotos de referencia, tonos de línea, tonos de señalización, etc., que tienen una relación fija en db respecto al tono de pruebas en las partes del circuito en las que coexisten. Como el nivel del tono de pruebas está especificado en cada parte del circuito por los dbr, basta conocer cuál es el nivel de las restantes señales en dbm(), que es una cantidad constante en todo el circuito, para poder calcular los niveles en dbm en cada parte del circuito. Actividad: Calcula los dbm0? 1º si la señal de funcionamiento es de 20 dbm 2º si la señal es de 30 dbm

29 El dbmp y el dbm0p Lo que nos indica esta medida es el grado de molestia de los ruidos de frecuencias comprendidas entre los Hz, que son los más perceptibles en los circuitos telefónicos. Las medidas de ruido se hacen incluyendo un filtro denominado filtro de ponderación sofométrica entre el circuito a medir y el medidor propiamente dicho; la medida del ruido obtenida se expresa en dbmp y el nivel de ruido relativo al tono de pruebas se calcula en dbm0p. Entonces, el dbmp es la unidad logarítmica absoluta de niveles de ruido cuando se emplean filtros de ponderación sofométrica. El dbm0p es la unidad logarítmica relativa que indica cuál es el nivel de ruido ponderado relativo al nivel del tono de pruebas en un punto.

30 El neperio

31 Potencia

32 Ejercicio Una línea de transmisión de 20 m produce una pérdida de potencia de 2 db entre la entrada y la salida. a) Qué tanto por ciento de la potencia llega a la salida? b) Qué tanto por ciento llega a la mitad de la línea? c) Cuánto vale la cte de atenuación?

33 Adición de niveles de potencia. Ejemplo: si queremos obtener la potencia de una señal que es suma de un tono P1 =0 dbm a 800 Hz y otro tono P2 = -3 dbm a 1000 Hz Actividad: En el punto 3 del sistema mostrado en la siguiente figura tenemos un nivel de señal de -5 dbm a la cual se le induce un ruido de nivel 0,15 dbm. Calcula el nivel de señal resultante en dbm

34 Ejercicio Dos líneas de transmisión se conectan en cascada. La primera tiene una longitud de 30 m y unas pérdidas de potencia a razón de 0.1 db/m. La segunda mide 45 m y pierde 0.15 db/m. La conexión entre ambas no es perfecta, perdiéndose en la misma 3 db. Qué porcentaje de la potencia de entrada llega a la salida del conjunto?

35 Determinación de la sonoridad Rendimiento del circuito = sonoridad Determinar las perdidas de sonoridad Teléfono en Pruebas y Teléfono Patrón o NOSFER Persona habla Otra persona escucha Se le insertan atenuaciones al NOSFER hasta tener la misma sonoridad que en el teléfono en pruebas. Equivalente de referencia del teléfono. (Eq. Transmisión y Eq. Recepción) Índice de sonoridad

36 Determinación de la nitidez. Perturbaciones: Tiempo de propagación Distorsión Eco Diafonía

37 Tiempo de propagación El tiempo máximo fue establecido por el ITU-T de la siguiente forma: Tr (retardo) tr 150 ms Calidad de la comunicación Excelente 150 ms < tr 400 ms Aceptable 400ms < tr Inaceptable Cuestiones: Puede ser mejorado con algún dispositivo? Cómo es la velocidad de propagación según la frecuencia? Baja frecuencia Alta frecuencia t p = l β ω =l β 2πf

38 Distorsión Afecta a la forma de la señal Atenuación Retardo Armónica De intermodulación

39 Atenuación Cuestiones: Afecta igual a todas las frecuencias? Puede ser mejorado con algún dispositivo?

40 Distorsión de retardo Afecta igual a todas las frecuencias? Valor limite de los tiempos de propagación tmin-tfmin (300Hz) <= 60 ms tmin-tfmax (3,4KHz)<= 30 ms Puede ser mejorado con algún dispositivo?

41 Distorsión armónica Distorsión de intermodulación Señal de entrada se compone de dos o más tonos

42 Intermodulación. Cuando introducimos en el transmisor dos frecuencias (f1 y f2). En la recepción aparecen: Las frecuencias f1 y f2. Sus armónicos. Frecuencias suma de los armónicos. Se da en sistemas donde se transmite un gran numero de frecuencias. Puntos con una respuesta no lineal, como amplificadores, bobinas, etc.

43 Intermodulación (lineal)

44 Distorsión armónica y de intermodulación La única forma posible de minimizar el efecto de la intermodulación es dividir el espectro en bandas de frecuencia lo más estrechas posible para que el orden del producto de intermodulación que caiga en esa banda sea el mayor posible, y por tanto su valor sea despreciable. Por ejemplo, en FM se coge una banda de 87 a 108 MHz, en la cual no cae ningún armónico de estas frecuencias, y se necesita un orden alto de intermodulación para que el producto caiga en este margen frecuencial. Si aun así no llegara, se dividiría el margen de FM en dos bandas (como hacen los receptores multibandas), tratándose cada banda por separado, con lo que el ancho de ésta se reduciría al igual que el efecto de la intermodulación.

45 Eco Cuestiones: Con que parámetro esta relacionado? Con que dispositivos evitamos este inconveniente?

46 Ruido Eléctrico. Se define como todas aquellas señales que el receptor recibe sin que le aporten ningún tipo de información a él destinadas. Relación señal ruido Factor de ruido S N (db) = 10 log 10 F = S N (entrada) S N (salida) P señal P ruido F(dB) = 10 log S N entrada 10 log S N salida Actividad. - Calcula la relación S/N en db de un sistema en el cual la señal a la entrada es de 10W y el ruido 0,15W

47 Ruido Eléctrico. Ruido térmico Ruido impulsivo Ruido de interferencia. Ruido de cuantificación.

48 Ruido Térmico Se produce por el movimiento errático de los electrones. El nivel de ruido depende de la Temperatura Se presenta igual en todas las frecuencias. (Ruido Blanco). En transmisión digital limita la velocidad de transmisión.

49 Ruido Impulsivo. Carácter aleatorio. De muy corta duración. La amplitud puede ser superior a la señal. Sucesos externos al medio de comunicación como arranque de motores, tormentas eléctricas.

50 Ruido de Interferencia. Especialmente en sistemas de radio. Aparición en su banda de trabajo de interferencias radioeléctricas procedentes de otros sistemas de comunicación o de la propia naturaleza.

51 Ruido de cuantificación

52 Diafonia Trasvase de información que se produce entre dos pares adyacentes.

53 Diafonia Inducciones electromagnéticas entre distintos cables que están tendidos juntos (en paralelo). Puede ser: Inteligible (la información inducida se entiende) PD/PI = 10-6 (56 db). (D, diafonia ; I, Información) Ininteligible (no permite interpretar la información del circuito origen en el observado). Tipos: Telediafonía (se mide en el aparato receptor situado en el extremo del otro conductor). Paradiafonía (la que se mide en el receptor que se encuentra en el mismo punto del transmisor).

54 Diafonía. (Autodiafonía)

55 Señal analógica en el tiempo y en frecuencia. Transformación de una señal en el dominio del tiempo en su equivalente en el dominio de la frecuencia. Amplitud Dominio Temporal Dominio Frecuencial

56 Series de Fourier (Armonicos) Cualquier señal periódica se puede descomponer en suma de señales senoidales cuya frecuencia es múltiplo de la fundamental. s( t) A o n 1 t 0, a T donde 2. T A sen( n.. t n )

57 Ejemplo

58 Ejemplo

59 Ejemplo

60 Ejemplo