Aplicaciones de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo en Líneas Transmisión

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Título: “Aplicaciones de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo en Líneas Transmisión” Autor: Lisvan Salamanca Villazón. Tutor: Ing. Roberto Hiribarne Guedes. Santa Clara. 2008-2009 “Año del 50 aniversario del triunfo de la Revolución ".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Título: “Aplicaciones de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo en Líneas Transmisión”. Autor: Lisvan Salamanca Villazón e-mail: [email protected]. Tutor: Ing. Roberto Hiribarne Guedes e-mail: [email protected]. Santa Clara. 2008-2009 “Año del 50 aniversario del triunfo de la Revolución ".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “En las actuales sociedades, lo imaginativo cede su cetro a lo inteligente; lo realizable se hace dueño de lo que dominaba antes lo soñado; lo práctico se impone en nuestros tiempos con una soberbia fatal y poderosa”. José Martí (1875).

(5) ii. DEDICATORIA. A: Mi familia, en especial a la memoria de mi padre que siempre quiso que yo estudiara..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A: Mi familia. A: Yaneisis, mi esposa. A: Todos mis compañeros de curso que me han ayudado cuando los he necesitado a lo largo de toda la carrera. A: Todo el que de una forma u otra apoyó en la realización de este Trabajo de Diploma. A: Todo el que de una forma u otra contribuyó en mi formación como profesional. A: Nuestro País por darme la oportunidad de poder estudiar. A todos, Muchas Gracias.

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Con la intención de darle cumplimiento a los objetivos trazados a fin de realizar esta tesis, se tuvo en cuenta una serie de tareas técnicas de suma importancia para la confección del informe, ellas fueron: 1. Revisión de la bibliografía del tema líneas de transmisión y Reflectometría en el dominio del Tiempo (TDR). 2. Estudio de dispositivos Reflectómetro en el Dominio del Tiempo (TDRs). 3. Elaboración de procedimientos de una práctica en la aplicación de la Reflectometría en una línea de transmisión. 4. Evaluación de la efectividad de la propuesta de proyecto. 5. Confección y presentación del informe.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Con este trabajo se hace un estudio de cómo es posible la aplicación de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TDR) en una línea de transmisión e implementar los procedimientos para realizar la aplicación de forma práctica, contribuyendo al desarrollo de la investigación del comportamiento de la Reflectometría en las líneas transmisión en la actualidad. La implementación de los procedimientos para realizar la aplicación de forma práctica le permite a los estudiantes, especialistas e investigadores realizar prácticas y estudio comparativos de la Reflectometría en las líneas de transmisión, contribuyendo al mejoramiento de la detección de averías y determinación de longitudes en una línea de transmisión y así hacer poder construir sistemas de transmisión y recepción de señales más eficientes en la actualidad. Teniendo un impacto directo con la planificación de las líneas de transmisión y enseñanza en La Universidad esto permite optimizar el desempeño de las mismas, cobrando importancia cuando se optimizan los sistemas de transmisión y recepción. Los resultados de. investigación poseen una. aplicación práctica y teórica de gran. trascendencia para todos los especialistas, investigadores en la carrera de Ingeniería en telecomunicaciones y Electrónica de La Universidad Central “Marta Abreu” Las Villas y radioaficionados profesionales de nuestro país..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Organización del informe ................................................................................................... 2 CAPÍTULO 1.. MARCO TEÓRICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y LA. REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. .................................................... 4 1.1. Líneas de Transmisión. ........................................................................................... 4. 1.1.1 1.1.2 1.1.3. Tipos de líneas. ............................................................................................... 5 Impedancia Caracteristica de una Línea. .......................................................... 10. Longitud Eléctrica de una Línea de Transmisión..………………………………11. 1.2 Coeficiente de Reflexión…………………………………………………….……..11 1.2.2 Método de Calculo de Variación de la Línea…………………………………...13 1.2.3 Técnica de Reflectometría………………………………………………………13 1.3 Conclusiones del Capítulo…………………………………………………………..16 CAPÍTULO 2.. DESCRIPCIÓN. Y. CARACTERÍSTICAS. DE. LOS. REFLECTOMETROS (TDR). ............................................................................................. 17 2.1 2.1.1. Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TDR) ................................................ 17 Descripcion de un Reflectometro (TDR). ..................................................... 17. 2.1.2 Circuito de un Reflectómetro (TDR). .................................................................... 19.

(10) vii 2.1.3 Calibración y uso del Reflectometro (TDR). ........................................................... 20 2.2 Limitaciones……………………………………………………………………...…22 2.2.1 Uso del Reflectómetro…………………………………………………………...23 2.3 Conclusiones del Capítulo…………………………………………………………....24 CAPÍTULO 3.. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES. ........... 25. 3.1 Principio de Operación……………………………………………………………...25 3.1.1 Caracterización de la Línea de Transmisión…………………………………….25 3.2. Ejemplo Práctico de un TDR ................................................................................ 26. 3.2.1 Análisis de Reflexiones…………………………………………………………28 3.3 Elaboración de Procedimientos para Realizar Practicas…………………………….30 3.3.1 Objetivos……………………………………………………………………...…30 3.3.2 Elementos a Utilizar…………………………………………………………….30 3.3.3 Procedimientos………………………………………………………………….31 3.4. Conclusiones del capitulo ..................................................................................... 33. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 35 Conclusiones ..................................................................................................................... 35 Recomendaciones ............................................................................................................. 36 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 37.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Dentro de la teoría de Líneas de Transmisión se estudian las diferentes maneras de aplicación de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo de las Líneas de Transmisión, un reflectometro en dominio del tiempo (TDR) es muy simple siendo una herramienta poderosa que evalúa las líneas de la transmisión. Cuando usó. un osciloscopio, un. reflectómetro en dominio del tiempo (TDR) despliega los choques de impedancia (abiertos y cortos circuitos, se retuerce y así sucesivamente) en las líneas de transmisión. El costo de un Reflectómetro en el Dominio del Tiempo (TDR) comercial oscila de los centenares a los miles de dólares cada uno, pero se puede diseñar el Reflectómetro en el Dominio del Tiempo (TDR) con un costo mucho menor con el uso de un osciloscopio y un generador de onda cuadrada con los cuales se realiza mediciones bastante precisas en las líneas de transmisión. La enseñanza de la asignatura de Líneas de Transmisión puede complementarse con herramientas prácticas que posibiliten, entre otras tareas, la aplicación de la Reflectometría en líneas de transmisión. En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas se cuenta con escasa literatura o dispositivos que permitan conocer y realizar aplicaciones de la Reflectometría en una línea de transmisión, para la enseñanza práctica de estudiantes de la carrera de ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, esto se debe a que los dispositivos para realizar dichas mediciones son costosos y difíciles de adquirir por la institución. Con la realización de este proyecto pretendemos estudiar en una línea de transmisión prácticas de laboratorio, con fines docentes e investigativos, esto contribuiría a la superación de estudiantes, profesores, especialistas e investigadores en la realización de estudios y análisis comparativos de Reflectometría en el Dominio del Tiempo en las líneas.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. de transmisión, para contribuir a la detección de averías y así poder construir sistemas de transmisión y recepción más eficientes.. Lo anterior conduce al siguiente problema de investigación: ¿Cómo contribuir al estudio de Aplicaciones de la Reflectometría en el Dominio del Tiempo para uso práctico en la enseñanza de la asignatura de líneas de transmisión en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas? De este problema se derivan las Interrogantes Científicas: ¿Cómo se realizar Aplicaciones de la Reflectometría en el dominio del Tiempo (TDR) en líneas transmisión? ¿Cómo están diseñados los Reflectómetros (TDR)? ¿Cómo implementar un procedimiento para la de aplicación de reflectometría en líneas de transmisión y uso práctico? Por tanto los objetivos del presente proyecto son: •. Estudiar Líneas de Transmisión y Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TDR).. •. Descripción y característica de los TDR en las líneas de transmisión. o Determinación de longitudes. o Detección de averías.. •. Procedimientos prácticos de laboratorio de la TDR en líneas de transmisión.. Organización del informe Este trabajo queda estructurado en: • • • • • • •. Introducción Capitulo 1 Capitulo 2 Capitulo 3 Conclusiones Recomendaciones Referencia bibliográfica..

(13) INTRODUCCIÓN. 3. En el capítulo 1 hace referencia a un marco teórico del tema líneas de transmisión y técnica de Reflectometría. En el capitulo 2 se reflejará las características y descripción del Reflectometro en el dominio del tiempo. En el capitulo 3 se Reflejará ejemplo practico de la Reflectometría en Dominio del Tiempo y sus Aplicaciones..

(14) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 4. CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO.. 1.1. Líneas de Transmisión.. En las comunicaciones, las líneas de transmisión llevan señales telefónicas, datos de computadoras en LAN, señales de televisión en sistemas de Televisión por cable y señales de un transmisor a una antena o de una antena a un receptor. Las líneas de transmisión son enlaces importantes en cualquier sistema. Son más que tramos de alambre o cable. Sus características eléctricas son sobresalientes, y se deben igualar a las del equipo para obtener comunicaciones adecuadas.. Las líneas de transmisión también parten de los circuitos. En frecuencias muy altas donde las longitudes de onda son cortas, las líneas de transmisión actúan como circuitos resonantes y aun como componentes reactivos en VHF y UHF, y frecuencias de microondas, la mayor parte de los circuitos sintonizados y filtros se utilizan con líneas de transmisión (Monografías). Imagínese dos hilos conductores paralelos que se extienden hasta el infinito y, conectado a ellos,. un. generador. de. corriente. continua.. En el momento de la conexión veríamos que circula corriente en los cables en las proximidades del generador. Ahora bien, la propagación de la corriente por un conductor se produce a una velocidad no mayor que la de luz, por tanto, a 300.000 km del generador, tardaría 1 segundo en llegar la corriente y a 300 m tardaría 1 microsegundo (una millonésima de segundo). Puede pensarse que este tiempo es muy pequeño pero es el.

(15) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 5. tiempo que una onda de radiofrecuencia de 1 megahercio (un millón de ciclos por segundo), tarda en completar un ciclo, y una frecuencia de un megahercio (MHz) está muy por debajo de lo que actualmente se puede emplear en radio. Cuando dos hilos conductores paralelos, que se extienden hasta el infinito y conectado a ellos, un generador de corriente continua. La tensión aplicada crea un campo eléctrico entre los dos conductores. Como recordaremos dos conductores próximos forman un condensador. Puesto que los conductores son infinitos, la capacidad del condensador también lo es y, por tanto, nunca cesará la corriente que tiende a cargarlo, mientras el generador. esté. conectado.. Ahora bien, todo conductor por el que circula corriente tiene una cierta inductancia por unidad. de. longitud,. o. sea,. equivale. a. una. bobina.. Por tanto, la línea de hilos paralelos que vimos antes puede representarse como una sucesión de bobinas y condensadores, tal como se indica en la figura 1.1.. Fig: 1.1 Circuito equivalente de una línea de transmisión 1.1.1. Tipos de líneas.. Tipos básicos de líneas de transmisión de RF. -. Para operación de simple fase. Desde el punto de vista circuital. {1.- Líneas balanceadas. {2.- Líneas desbalanceadas. 1. Las líneas balanceadas tienen 2 potenciales iguales y opuestos desde ambos lados de la alimentación o circuito de transmisión con respecto a tierra..

(16) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 6. 2. Las líneas desbalanceadas tienen un lado del circuito a un potencial alto y el otro lado a un potencial de tierra. Desde el punto de vista estructural. {1.- Líneas abiertas o aéreas. {2.- Líneas cerradas o cubiertas. 1. Las líneas abiertas o aéreas tienen los conductores soportados en el aire sobre tierra. 2. Las líneas cerradas o cubiertas tienen uno o mas conductores formando el circuito de transmisión que se encierran por un blindaje de metal, el cual confina los campos dentro del espacio cerrado. 3. Ambas líneas balanceadas y desbalanceadas se incluyen en esta clase.. Dos aplicaciones básicas para las líneas de transmisión de RF son: 1. Para guiar la energía eléctrica desde un generador al circuito de carga. (alimentadores o “feeders”). Se utilizan en el régimen de onda viajera. 2. Para almacenar la energía eléctrica en exceso de la disipada en la carga. Las cargas en el sistema se mueven desde el generador a la carga y en la dirección contraria para formar ondas estacionarias en el sistema. De esta forma las líneas se usan como circuitos sintonizados, como reactores y como transformadores de impedancia. -. Ya que una sección de línea puede usarse para obtener cualquier reactancia deseada a una frecuencia dada, una combinación de ellas pueden usarse para formar redes, las cuales actúan como filtros de diferentes tipos. Parámetros de las líneas de transmisión. Control de Z0. En el caso cuasi-estático (Onda TEM), los parámetros de las líneas de transmisión se derivan desde los campos invariantes con el tiempo Z0 → impedancia característica en (Ω). k → razón de Iretornó de los alambres de tierra a I de alambres de alto 1-k → razón de Iretornó de tierra a la I de alambres de alto potencial.. potencial..

(17) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 7. α → atenuación en dB. f → frecuencia en MHz. -. σ → conductividad en unidades electromagnéticas. como ya se vio. La solución electrostática a través del uso de los potenciales logarítmicos es la más conveniente cuando se está en presencia de los efectos magnéticos no ferrosos.. -. - Partiendo de los potenciales escalares y las cargas, se obtiene la capacitancia/ long, y como v = (LC)-1/2 , Z0 = (L/C)1/2, entonces Z0 = 1/(vC).. -. Cualquier tipo de alimentador con dieléctrico aire entre los conductores tiene una Z0 que se determina completamente por la geometría de la sección transversal.. -. Hay muchas aplicaciones donde la Z0 de los alimentadores pueden ser de cualquier valor conveniente, pero se puede requerir de una Z0 específica.. Las líneas de transmisión por sus características y construcción se pueden dividir en dos grandes grupos de tipos de líneas. grupos: bifilares. coaxiales.. Línea bifilar Consiste en dos hilos conductores paralelos separados, bien sea por un material dieléctrico continuo o bien por separadores cada cierta distancia. Línea bifilar con espaciadores Fig: 1.2 Líneas bifilares con espacionadores(Touriz)..

(18) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 8. La impedancia de una línea de este tipo viene definida aproximadamente por la siguiente fórmula: Zo = 276 Log (d/r) donde; d = distancia entre centros de conductores. r = radio de un conductor. d y r deben ser unidades homogéneas.. Ventajas de las líneas planas La primera ventaja es su bajísimo nivel de pérdidas, incluso para frecuencias elevadísima. La segunda ventaja es que podemos utilizarla para cualquier impedancia (mediante la fórmula), y para cualquier potencia, por grande que sea, aumentando el diámetro del conductor o en casos extremos utilizando tubos de cobre (Touriz).. Desventajas de las líneas planas Siempre existe una cierta radiación a lo largo de la propia línea, debido a que los campos de cada conductor no se cancelan exactamente, sobre todo a pequeñas distancias de la línea, lo que puede causar problemas de interferencia a la televisión u otros servicios (Touriz). Si la línea no está equilibrada y existe una ROE fuerte en ella, estos problemas pueden ser muy graves. Las líneas planas tienden a captar ruidos eléctricos de los sitios por donde pasan. En las ciudades o edificios con muchos vecinos, el nivel de ruido eléctrico es muy alto debido a la gran cantidad de electrodomésticos existentes. Si una línea tiene que pasar por esas zonas, su captación de ruido será muy alta (Touriz). El último inconveniente, es que, las líneas planas se las debe construir uno mismo..

(19) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 9. Línea coaxial Esta línea es la que más se utiliza actualmente, sobre todo desde que se fabrican en grandes cantidades y a precios asequibles.. Cable coaxial Fig: 1.3 Sección de cable coaxial(Touriz). El cable coaxial consta de un conductor interno rodeado, de un material plástico (politeno o poliuretano, según los casos). Encima del plástico va una malla conductora y, todo ello, cubierto con una capa de polivinilo o caucho que lo protege del exterior. Se fabrican muchos tipos de línea coaxial, se puede curvar con facilidad y por tanto es muy fácil de instalar. Últimamente ha aparecido en el mercado un tipo de líneas que no tiene el material plástico, o sea, con dieléctrico de aire. Este tipo de líneas tienen unas pérdidas muy inferiores a las de tipo plano. El conductor central se mantiene en posición por pequeños anillos aislantes cada cierta distancia, o bien por una espiral que sustituye al aislador macizo. Para que no se quiebre, la malla externa es sustituida por un tubo de cobre muy fino, lo que hace que la línea sea muy poco flexible. Este tipo de línea coaxial es muy cara y sólo en los casos en que, reducir las pérdidas al mínimo sea importante (líneas muy largas o frecuencias muy elevadas), vale la pena emplearlas. La impedancia de una línea coaxial con dieléctrico de aire viene dada por la siguiente fórmula:.

(20) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 10. Zo= 138 (de/di) donde de= es el diámetro interno del conductor externo di= el diámetro del conductor interno. Si en vez de aire hay un dieléctrico, debe multiplicarse la fórmula por 1/ raíz (K); siendo K un factor dependiente del dieléctrico. De todas formas, salvo pequeños trozos construidos por uno mismo que se pueden emplear en casos especiales, las líneas que se utilizan normalmente llevan grabado en la cubierta exterior el tipo de cable, la impedancia característica y el nombre del fabricante. Estas especificaciones constituyen un certificado de la calidad del cable por lo que, cualquier cable que no lleve esas indicaciones debe ser desechado. 1.1.2. Impedancia Caracteristica de una Línea.. La existencia de una sucesión de inductancias y capacitancías en una línea de transmisión hace que ésta tenga una impedancia característica; se denomina Zo y su valor aproximado es: Zo= L/C donde; L = inductancia. C = capacitancías por unidad de longitud. Esta impedancia equivale a una resistencia pura, o sea que absorberá toda la potencia suministrada por el generador. Una línea ideal que no tiene pérdidas ni por la resistencia de sus hilos ni por fugas entre ellos, esa potencia se consume sencillamente trasladándose hacia el extremo opuesto de la línea, que como está en el infinito no llega nunca. Por tanto, el generador "ve" a la línea como si ésta fuera una resistencia.. La impedancia característica determina, según la Ley de Ohm, la relación que debe existir entre la tensión y la intensidad en la línea..

(21) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 11. La impedancia característica de una línea depende de la inductancia de los conductores y de la capacidad entre ellos. Cuanto mayor sea el diámetro de un conductor, menor inductancia por unidad de longitud presenta y, cuanto mayor es la distancia entre los dos, menor capacitancía tienen. Por tanto dos conductores de diámetro grande y pequeña separación, tienen impedancia característica baja, ya que L es pequeña y, C es grande, por tanto, L/C será pequeña. Viceversa dos conductores de pequeño diámetro y gran separación tendrán impedancia alta ya que L será grande y C pequeña con lo que L/C será grande.(Pozar: 1998) 1.1.3. Longitud Eléctrica de una línea de transmisión.. La longitud de una línea de transmisión relativa a la longitud de onda que se propaga hacia abajo es una consideración importante, cuando se analiza el comportamiento de una línea de transmisión. A frecuencias bajas (longitudes de onda grandes), el voltaje a lo largo de la línea permanece relativamente constante. Sin embargo, para frecuencias altas varias longitudes de onda de la señal pueden estar presentes en la línea al mismo tiempo. Por lo tanto, el voltaje a lo largo de la línea puede variar de manera apreciable. En consecuencia, la longitud de una línea de transmisión frecuentemente se da en longitudes de onda, en lugar de dimensiones lineales (Pozar: 1998). Los fenómenos de las líneas de transmisión se aplican a las líneas largas. Generalmente, una línea de transmisión se define como larga si su longitud excede una dieciseisava parte de una longitud de onda; de no ser así, se considera corta. Una longitud determinada, de línea de transmisión, puede aparecer corta en una frecuencia y larga en otra frecuencia.. 1.2. Coeficiente de Reflexión. La proporción del voltaje reflejado a un punto dado en un la línea de la transmisión, el voltaje incidente se llama voltaje del coeficiente de reflexión. El coeficiente de reflexión de voltaje es también igual a la proporción de la casualidad y reflejó de las corrientes. Así;.

(22) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. ρ=. 12. Er Ir = Ef If. donde: ρ = coeficiente de la reflexión Er = reflejó del voltaje Ef = adelanto del voltaje Ir = reflejó de la corriente If = adelanto de corriente Si el coeficiente de la reflexión es determinado por la relación entre la línea Zo y la carga real al fin de la línea. En la mayoría de los casos, la carga real no es completamente resistiva, siendo, la carga un complejo de impedancia, consistiendo en una resistencia en serie con una reactancia, como es la impedancia característica compleja de la línea de transmisión. Siendo así el coeficiente de la reflexión una cantidad compleja, de ambas amplitud, siendo escalona, y generalmente se designa por la letra griega ρ(rho), o a veces en la literatura profesional como Γ(Gamma). La relación entre Ra (resistencia de carga), Xa (reactancia de carga), Zo (impedancia característica de la línea cuya parte real es Ro y la parte reactiva es Xo) y el coeficiente de reflexión (ρ) es:. ρ=. Za - Z o (Ra ± JXa) − (Ro ± JXo) = Za + Z o (Ra ± JXa) + (Ro ± JXo). Notamos que la señal para el término de Xo en el numerador de la ecuación es invertido de eso para el denominador, significando eso, el complejo conjuga de Zo realmente se usa en el numerador. Para la calidad superior, las perdidas de transmisión de la línea a bajas frecuencias la impedancia característica de Zo es casi, completamente el resistiva, significando ese Zo. Ro y Xo. 0. la magnitud del coeficiente de la reflexión complejo en la ecuación simplifica entonces a:.

(23) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 13. 1.2.2 Método de cálculo de la variación de la línea.. La situación de una variación es calculada con un simple método proporcional. El tiempo del retorno de viaje (a la variación) puede leerse de la pantalla del osciloscopio. Así, sólo necesita la lectura del tiempo, multiplíquelo por la velocidad de la onda radiofónica (la velocidad de luz ajustada por la velocidad el factor de la línea de la transmisión) y divide por dos. La distancia a una variación esta dada por: l=. 983.6 × VF × t 2. donde l = longitud de la línea en pies VF = factor de velocidad de la línea de la transmisión (de 0 a 1.0) t = retraso de tiempo en el microsegundos (s).. 1.2.3. Técnica de Reflectometría.. La técnica de Reflectometría consiste en la aplicación de pulsos de alta frecuencia y baja tensión en cada una de las terminales del cable. La respuesta del cable es visualizada utilizando un osciloscopio de resolución adecuada. El pulso aplicado en las terminales de la línea y viaja a través de toda la instalación del circuito eléctrico. Cuando en su trayectoria de viaje el pulso aplicado encuentra impedancias diferentes a la impedancia característica del cable por el que se transmite, se presentan fuertes reflexiones del pulso. El cambio de impedancia puede ser debido a los componentes instalados en el circuito eléctrico, a los empalmes, los terminales o discontinuidades del cable o bien a fallas (Hernández 1995)..

(24) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 14. La técnica de reflectometría utiliza el mismo principio de la reflexión de ondas como cuando se arroja una piedra al agua en un estanque. Al introducirse la piedra en el agua genera ondas, círculos concéntricos sobre la superficie, las cuales van creciendo a medida que viajan. Durante su viaje las ondas chocan con diversos objetos que producen una deformación de los mismos. Al chocar las ondas expansivas tienen una reflexión, lo cual es una analogía con los pulsos eléctricos que se aplican a una línea de transmisión o instalación eléctrica. Otras analogías son la técnica de radar que se utiliza para rastrear objetos voladores, las técnicas de ultrasonido para diagnosticar el cuerpo humano o el estado de algunas aplicaciones de soldadura en tuberías (Hernández 1995). En la técnica de Reflectometría en aplicaciones eléctricas, la velocidad a la que viaja el pulso aplicado es igual a la velocidad de la luz atenuada por la oposición del aislamiento a la propagación de ese pulso, en este caso la permeabilidad del material aislante(Hernández 1995).. Matemáticamente, la velocidad de propagación del pulso en un cable es igual a: V = V0 / ε ½ donde: V : velocidad de propagación en el cable V0 : velocidad de la luz (300,000 km.s) ε : permisividad del aislamiento del cable. Con la técnica de reflexión puede determinarse el tiempo que tarda en viajar el pulso desde su punto de aplicación hasta su reflexión. Este tiempo es directamente proporcional al doble de la distancia entre el punto donde el pulso es aplicado hasta su punto de reflexión e inversamente proporcional a su velocidad de propagación, y está dado por la siguiente expresión: t = 2X / V. (2).

(25) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 15. donde: t : tiempo que tarda en viajar el pulso desde donde es aplicado hasta su punto de reflexión X : distancia entre el punto donde el pulso es aplicado hasta su punto de reflexión V : velocidad de propagación en el cable. Con el osciloscopio puede observarse que si el circuito eléctrico no presenta falla, la respuesta es un pulso reflejado de polaridad positiva (cresta hacia arriba). Cuando existe una falla en el circuito eléctrico, la polaridad del pulso reflejado o la respuesta se invierte (cresta hacia abajo). Para ilustrar la técnica de Reflectometría en el Dominio del Tiempo, en la Fig: 1.4. se observa la respuesta a la aplicación de pulsos en un cable coaxial con impedancia característica de 50 Ω, cuando no presenta falla y cuando si la hay. También, en la Fig: 1.4. se observa el pulso aplicado, el cual es un pulso rápido del orden de 30 ns de tiempo de subida y una duración de 80 ns. Mediante el osciloscopio, además de visualizar la respuesta del circuito eléctrico, también puede medirse el tiempo que tarda en viajar el pulso desde su origen hasta su reflexión positiva o negativa y viceversa, según sea el caso si hay o no falla. En el caso mostrado en la Fig: 1.4. , el tiempo que tarda en viajar el pulso aplicado desde su origen hasta su primera reflexión y viceversa es igual a 172 ns. Si se conoce que el cable coaxial utilizado es de una longitud de 15 m y el tiempo que tarda en viajar el pulso aplicado de un extremo al punto de reflexión y viceversa es de 172 ns, entonces utilizando la expresión (2) la velocidad de propagación del pulso en el cable coaxial es igual a 174,418 km.s..

(26) CAPÍTULO 1. MARCO TEORICO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Y LA REFLECTOMETRÍA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO. 16. Fig: 1.4. Respuesta a la aplicación de pulsos en un cable coaxial con impedancia característica de 50 Ω, con y sin la simulación de falla (Hernández 1995).. 1.3 Conclusiones del Capitulo.. Como hemos podido apreciar después de realizar un análisis de la teoría de las líneas de transmisión y de la reflectometría en el dominio del tiempo en líneas de transmisión la importancia que tienen las misma para la transmisión de señales de cualquier tipo, los grupos dentro de los tipos de líneas lo cual nos permite poder elegir la línea compatible con el sistema que vamos diseñar o logrando una reparación de la misma con mayor exactitud, calidad y rapidez. También podemos realizar los cálculos necesarios para obtener los parámetros de una línea de transmisión como son su coeficiente de reflexión, longitud, velocidad de propagación y demás valores..

(27) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 17. CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS REFLECTOMETROS (TDR).. 2.1. Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TRD). Un Reflectómetro en Dominio del Tiempo (TDR) es muy simple siendo una herramienta poderosa que evalúa las Líneas de la Transmisión. Cuando usó. un osciloscopio, un. Reflectómetro en Dominio del Tiempo (TDR) despliega los choques de impedancia (abra y cortos circuitos, se retuerce y así sucesivamente) en la Transmisión de las Líneas. El costo de Reflectómetro en Dominio del Tiempo (TDR) comercialmente producido oscila de los centenares a los miles de dólares cada uno, pero usted puede diseñar el Reflectómetro en Dominio del Tiempo (TDR) en su casa para un costo mucho menor con el uso de un osciloscopio y un generador de onda cuadrada (R. Dean Straw 2000).. 2.1.1. Descripcion de un Reflectometro (TDR).. Un TDR simple consiste en un generador de onda cuadrada y un osciloscopio mostrado en la Fig: 2.1, donde el generador envía un tren de pulso a una Línea de Transmisión, y el osciloscopio le permite observar la casualidad y reflejó las ondas de los pulsos enviados (cuando el alcance se sincroniza a los pulsos) (R. Dean Straw 2000)..

(28) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 18. Fig: 2.1 Reflectometro en Dominio del tiempo atado a un osciloscopio (R. Dean Straw 2000).. Existen varios modelos característicos de las ondas en un Reflectómetro como pueden ser:. Fig: 2.2 Modelos características de las onda de un TDR para varias cargas (R. Dean Straw 2000)..

(29) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 19. Un poco el análisis del despliegue el alcance dice la naturaleza y la situación de cualquier impedancia que cambia a lo largo de la Línea como se muestra en la Fig: 2.2. La naturaleza de una variación de impedancia se identifica comparando su modelo. Los modelos son basados en el hecho que la onda reflejada y una variación que es determinada por la magnitud de la incidencia de onda y, el coeficiente de la reflexión de la variación (R. Dean Straw 2000). En los modelos expuestos en la fig: 2.2, se muestran los modelos característicos de los TDR para varias cargas donde en el (a) representa a circuitos abiertos y en corto circuito para lo cual tienen diferentes patrones de visualización de la onda reflejada, un circuito con carga resistiva muestra el caso (b) donde puede existir una R>Zo o viceversa R<Zo para lo cual la onda reflejada esta en dependencia de la variación de la impedancia, el caso (c) muestra circuitos serie combinados pudiéndose caracterizar por circuitos inductivos o capacitivos para lo cual puede variar el modelo de la onda reflejada, sin embargo el modelo (d) muestra circuitos paralelo combinado tales como inductivos y capacitivos para los cuales también varían los modelos de las ondas reflejadas. Podemos darnos cuenta de acuerdo al tipo de circuito pueden variar los modelos de la onda reflejada dando como resultado las características del cable en cuanto longitud o posible avería, así como el tipo de circuito que estamos sometiendo prueba. 2.1.2 Circuito de un Reflectómetro (TDR).. El circuito de un Reflectómetro en el dominio del tiempo consiste en un circuito CMOS siendo el 555 un temporizador configurado como un astable, el multivibrador, seguido por un transistor de MPS3646, el temporizador proporciona una frecuencia de 71 KHz respectivamente a la onda. Esto se aplica a los 50 Ω de la línea de la transmisión bajo prueba (conectado a J2). El osciloscopio se conecta al circuito en el terminar (J1) como se muestra en la Fig: 2.3 (R. Dean Straw 2000)..

(30) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 20. Fig: 2.3 Circuito de un Reflectómetro(R. Dean Straw 2000).. 2.1.3 Calibración y uso del Reflectómetro (TDR).. Cualquier alcance con un ancho de banda de por lo menos 10 MHz debe trabajar fino con el Reflectómetro en el Dominio del Tiempo (TDR), pero para las pruebas a corta longitud de cable, con un alcance de 50 MHz mantiene mucho más las medidas exactas. Para calibrar los Reflectómetros en el Dominio del Tiempo (TDR), conectando el terminar del CABLE BAJO para la PRUEBA, en (J2), con una resistencia de 51 Ω (R. Dean Straw 2000). Alcance y conecte a la entrada vertical de (J1). Encienda el Reflectómetro (TDR), y ajuste el tiempo de base para alcanzar un ciclo de frecuencia para una onda cuadrada de las alturas del Reflectómetro en Dominio del Tiempo (TDR) tanto alcance de despliegue como sea posible (sin el calibrado de base de tiempo) (R. Dean Straw 2000). Las formas de la onda deben parecerse a las de la Fig: 2.4. Ajustando C2 para obtener una mayor amplitud y las esquinas más afiladas en la forma de la onda reflejada que se observa lo que se relaciona con el con proceso de calibración..

(31) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 21. Fig: 2.4 En rastreo de la calibración del (TDR) mostrado en el osciloscopio. Ajuste C2 (Vea la Fig: 2.3) para la desviación máxima y las esquinas de las formas de ondas más afiladas durante la calibración (R. Dean Straw 2000).. Para usar el Reflectómetro (TDR), conecte el cable de prueba a J2, y conecte el alcance de la entrada vertical a (J1). Si la forma de la onda que se observa es diferente a la que se observo durante la calibración, hay variaciones de impedancia en la carga que usted se esta probando, Vea la fig: 2.5, mostrando en el cable de prueba conectado en los terminales del Reflectómetro TDR. En el principio del cable se muestra el punto A. (AB representa en el TDR rendimiento del pulso en el levantamiento del tiempo) (R. Dean Straw 2000). Fig: 2.5 Abriendo el circuito del cable de prueba. El alcance es fijo para 0.01 µs por división (R. Dean Straw 2000)..

(32) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 22. El segmento CA muestra la porción de la línea de la transmisión que tiene 50 Ω de impedancia. Entre los puntos C y D, existe una desigualdad en la línea. Dado por el rastreo del alcance más alto que los 50 Ω de rastreo, la impedancia de esta parte de la línea es superior que 50 Ω en este caso, el circuito es abierto. Para determinar la longitud del cable, leemos el tiempo para que con 50 Ω el rastreo se despliega, el alcance se exponga para 0.01µs por división, el retraso de tiempo para los 50Ω la sección es (0.01µs x 4.6 divisiones) = 0.046µs. Con la especificación del fabricante el factor de velocidad (VF) del cable es de 0.8. dada por la ecuación: SWR =. E1 + E 2 E1 − E 2. para un cable de 50 Ω, la longitud de la sección del cable se puede calcular mediante la ecuación: l=. 983.6 × 0.8 × 0.046µs = 18.1 pies = 5.52 m 2. El TDR proporciona el acuerdo razonable con una longitud real del cable para este caso, el cual es realmente es 5.52 m. Las variaciones derivadas en los cálculos del TDR y el cable real las longitudes pueden variar como resultado del Factor de Velocidad (VF) del cable que puede variar considerablemente de los valores publicados. Muchos cables varían como un 10% de los valores especificados (R. Dean Straw 2000).. 2.2 Limitaciones.. Ciertas limitaciones son características de TDRs ya que en las pruebas realizadas a las líneas difiere de la frecuencia en que operan los sistemas y un osciloscopio que es un dispositivo de la banda ancha. El instrumento describe las medidas que se realizan con una frecuencia de 71 KHz de onda cuadrada. La onda contiene los componentes a 71 kHz y los.

(33) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 23. armónicos impares, con la mayoría de la energía que viene de las más bajas frecuencias. En el borde de la onda del rastro indica que la contestación deja caer rápidamente la frecuencia a 6 MHz. El resultado de los pulsos es de aproximadamente 7 µs de duración (R. Dean Straw 2000). El alcance del despliegue de las respuestas del circuito a todas las frecuencias, puede ser difícil interpretar alguna variación. que dado por la banda estrecha en la naturaleza. (afectando sólo un rango pequeño de las frecuencias, y así una porción pequeña del poder total), o para el tiempo de viaje de la duración del modelo excede 7µs. La antena puede mostrar una variación de impedancia mayor dado por el despliegue las frecuencias bajas que dominan en los TDR despliegan para un evento. La observación se excede, considerando un condensador de lµF para una línea de 50 Ω, solo veríamos una parte del modelo dado por el tiempo constante (1x 10-6x50=50µs) es más grande que los 7 µs visto. Además, los TDRs son impropios para las medidas donde hay cambios de impedancia mayores dentro de las secciones de las líneas bajo prueba. Las reflexiones de los cambios máscara son mayores que los cambios adicionales más lejos bajo la línea. Debido a estas limitaciones, los TDRs están mejor preparados para las fallas marcadas en los sistemas DC-continuos que mantienen una impedancia constante del generador a la carga. La mayoría de las estaciones aficionadas sería los puntos ideales para TDR, con el análisis se puede verificar la antena, cable y los conectores para la detección de un circuito abierto y localizar la posición de tales fallas con la exactitud exacta.. 2.2.1 Uso del Reflectómetro.. El Reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) descrito aquí no se especifican las frecuencias; sus valores no son diseñados para frecuencias de los sistemas que vamos a probar. Dado que el TDR no puede usarse para verificar la impedancia de una antena, ni puede usarse para medir la pérdida del cable a una frecuencia específica. Simplemente el.

(34) CAPÍTULO 2. DESCIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TDR. 24. mismo lo podemos usar en su explotación para localizar un problema en la línea de transmisión con la existencia de averías. En la inmensa mayoría los problemas en las líneas de transmisión resultan la incorrecta instalación del cable o desgaste y deterioro de los conectores. Presentado algunas mediciones de coeficiente de reflexión, realizadas con un reflectómetro y un osciloscopio en circuitos pasivos de microondas. Los resultados de estas caracterizaciones muestran de los más significativos reflectómetros (se encuentran en la simplicidad de su construcción, operación y calibración, siendo la calibración estable y prolongada. Estas características los hacen muy apropiados para su utilización en instituciones de diversa índole, donde pueden ser integrados desde su versión más elemental para propósitos de docencia, hasta su versión más sofisticada para propósitos de certificación de estándares como un instrumento patrón o de referencia.. 2.3 Conclusiones del Capitulo.. Conociendo como se describe un Reflectómetro, sus características constructivas y sus limitaciones podemos darnos cuenta que producirlo alcanzaría valores de cientos de miles de pesos lo cual seria muy costoso, sin embargo podemos lograr con el empleo de un generador de onda cuadrada y un osciloscopio, podemos realizar varios análisis, lo que nos permite a través de la aplicación de la reflectometría en el dominio del tiempo localizar cualquier avería en la línea, así como su longitud y exactitud de la avería lo que es de evitar importancia para lograr un tiempo mínimo de reparación del sistema de transmisión de señales logrando disminuir los costos..

(35) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 25. CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 3.1 Principio de Operación.. Con este método se realiza el envío de un tren de pulso rápido a través de la línea de transmisión, luego se monitorean las ondas incidentes y reflejadas mediante un osciloscopio. Mediante esta técnica de ecos se puede determinar la impedancia característica de la línea de transmisión y muestra la naturaleza (resistiva, inductiva o capacitiva) y posición de cada discontinuidad a lo largo de la línea. Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TDR) también brinda información sobre el tipo de perdidas (series o paralelas) y también proporciona más información relacionada a las características de banda ancha.. 3.1.1 Caracterización de la Línea de Transmisión. Los osciloscopios tienen capacidad de presentar las mediciones en gráfica polar o en gráfica de Smith. En gráfica polar, los valores de coeficiente de reflexión G con magnitud muy pequeña, y en gráfica de Smith los valores de impedancia Z cercanos a la característica o de referencia, generan incertidumbres en las mediciones por encontrarse muy cercanos al centro de ambas gráficas. De esta manera, puesto que la caracterización de dispositivos o circuitos que generen valores en estas zonas críticas resulta más difícil, entonces, para la comparación de mediciones, se debe construir una línea de transmisión adecuada, en el intervalo de frecuencias de caracterización, genere valores cercanos a los centros de las gráficas..

(36) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 26. La Fig. 3.1 muestra a la línea terminada en una carga y conectada al puerto de medición.. Fig.3. 1. Conexión de la línea de transmisión en una carga del puerto de medición.. 3.2 Ejemplo Práctico de un TDR. Para usar el Reflectómetro (TDR), conecte el cable de prueba a J2, y conecte el alcance de la entrada vertical a (J1), pueden existir variaciones de impedancia en la prueba de la carga, conectada en los terminales del Reflectómetro TDR. En el principio de la muestra obtenida se muestra el punto A. (AB representa en el TDR rendimiento del pulso en el levantamiento del tiempo.) El segmento CA muestra la porción de la línea de la transmisión tiene 50 Ω de impedancia. Entre los puntos C y D, existe una desigualdad en la línea. Dado por el rastreo del alcance más alto que los 50 Ω de rastro, la impedancia de esta parte de la línea es superior que 50 Ω en este caso, el circuito es abierto..

(37) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 27. Fig: 3..2 Circuito abierto en el cable de prueba. El alcance es fijo para 0.01 µs por división (R. Dean Straw 2000).. Para determinar la longitud del cable, leemos el tiempo para con la impedancia el rastro se despliega, el alcance se expone el tiempo por división, el retraso de tiempo para la impedancia la sección esta dada por el tiempo por cantidad de divisiones resultando el tiempo total (t x divisiones = tiempo total). Teniendo la especificación del fabricante el factor de velocidad (VF) del cable determinada por la ecuación: SWR =. E1 + E 2 E1 − E 2. (3.1). Podemos calcular de acuerdo a la impedancia de la línea la longitud de la misma con la ecuación: l=. 983.6 × VF × t 2. (3.2). Un segundo ejemplo se muestra en la Fig: 3.2, dónde una longitud es de 20 mm de línea dura sometida a prueba. La línea alimenta una antena vertical en la cima de una torre a una frecuencia de 432 MHz. La Fig: 3.2 muestra la sección de una línea 50 Ω tiene un retraso de (6.6 divisiones x 0.05µs)=0.33µs. Siendo el retraso recto y nivelado a 50 Ω de nivel para encontrar una línea en buen estado. La variación de la onda muestra el fin de la línea donde se conecta la antena a la alimentación..

(38) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 28. Para determinar la longitud real de la línea, podemos usar la misma ecuación (3.2) y el mismo procedimiento. Usando el VF adecuado para la línea dura, y con la ayuda del TDR obtenemos la longitud real de la línea.. Fig: 3.2 Características de impedancia desplegada por un TDR en una línea conectada a una antena (R. Dean Straw 2000).. Mediante el osciloscopio, además de visualizar la respuesta del circuito eléctrico, también se puede obtener el tiempo que tarda en viajar el pulso desde su origen hasta su reflexión positiva o negativa y viceversa, según sea el caso si hay o no fallas en la línea.. 3.2.1 Análisis de Reflexiones. La forma de la onda reflejada también revela la naturaleza y la magnitud de la desadaptación. La fig: 3.3 muestra cuatro oscilogramas típicos y el tipo de carga que los produce, las figuras se pueden interpretar recordando que:. ρ=. Er Zl − Zo = Ei Zl + Zo. Ya que Ei y Er se miden en el ORC, se puede determinar ZL en términos de Zo y viceversa. Si asumimos que Z0 es real (lo que es cierto para la mayoría de los cables comerciales de buena calidad), se puede ver que desadaptaciones resistivas reflejan un voltaje de la misma.

(39) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 29. forma que el incidente, con la magnitud y polaridad de Er determinada por los valores relativos de RL y Z0.. Fig: 3.3. Son de interés también las formas de ondas producidas por impedancias de cargas complejas, su análisis se realiza analizando el voltaje reflejado en t = 0 y t = ∞, asumiendo que la transición entre esos dos valores es exponencial (se hace t = 0 cuando la onda reflejada arriba al punto de monitoreo). En el caso de una combinación R-C paralelo en t = 0 la carga se ve como un cortocircuito, (ρ = -1), luego la tensión crece y en t = ∞ el C es un circuito abierto: ZL = R. ρ=. R − Zo R + Zo. La resistencia vista por el C es Z0 en paralelo con R y por lo tanto la constante de tiempo es:. τ. =. ZoR C Zo + R.

(40) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 30. Fig. 3.4. 3.3 Elaboración de Procedimientos para Realizar Prácticas de Laboratorio. Es de vital importancia la elaboración de de procedimientos para la realización de practicas. de laboratorio, lo que puede servir de guía a estudiantes, investigadores y operarios para la detección de averías y longitudes de líneas de transmisión. 3.3.1 Objetivos. 1. Conocer y aprender técnicas de medición de los parámetros característicos de las líneas de transmisión coaxial. 2. Mediante técnicas de Reflectometría determinar impedancias de cargas desconocidas, como también perturbaciones producidas por fallas o desadaptaciones a lo largo de la línea. 3.3.2 Elementos a utilizar 1)- Generador de Audio.. Marca. N° de Serie. Ancho de Banda. Rango de frecuencias. 2)- Osciloscopio de señal Mixta.. Marca. N° de Serie. 3)- Cable.. Modelo. Frecuencia de Trabajo. Distorsión de la señal de salida.

(41) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. Marca. Longitud. 31. Impedancia. 4)- Conjunto de cargas (terminaciones) de distintos valores. 3.3.3 Procedimientos.. 1- Generar una señal cuadrada de 10 KHz, 1 Vpp, verificar su correcta forma de onda con el ORC. 2- Inyectar dicha señal a un extremo del cable bajo prueba, dejando en principio el otro terminal desconectado. Mediante el ajuste de los controles de Base de Tiempo del ORC visualizar el flanco de subida de la onda resultante de manera de poder determinar la forma de onda de la señal incidente y reflejada. 3- Determinación de la Z0 del cable: Teniendo en cuenta la definición del coeficiente de reflexión; ρ=. Er Zl − Zo = Ei Zl + Zo. tomar varios valores de resistencia colocarlos en el extremo libre del cable y determinar el valor de Z0 con la tensión incidente la tensión reflejada y la resistencia utilizada.. Zo = Rl .. Ei − Er Ei − Er. Luego colocar una resistencia del valor de Z0 en el extremo del cable y observar la forma de onda. 4- Análisis de reflexión: Dejar nuevamente el extremo libre del cable sin conexión; ZL = ∞, visualizar la forma de onda resultante, tomar las siguientes mediciones según muestra el esquema:.

(42) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. Magnitud. 32. Valor. Ei Er Et T. Sabiendo que el factor de velocidad Fv = 0.659 y teniendo en cuenta la formula para determinar la longitud:. D = Vp. T ; Vp = Fv • C 2. 5- En forma similar colocar diferentes valores de carga en el extremo libre del cable y completar la siguiente tabla. Parámetro. Fórmula. Coeficiente de Reflexión. ρ=. Impedancia de carga. Zl = Zo. ZL= 0. ZL= ∞. ZL≠Z0. Er Ei •. Ei + Er Ei − Er. Para ZL = 0 y ZL = ∞, medir el tiempo de bajada y subida respectivamente de la onda reflejada y estimar los valores de inductancia y capacidad con las siguientes formulas:. L = 2 • Zo • ∆T •. Er Ei. C=. 2 • ∆T Er • Zo Ei. utilizando los valores de la hoja de datos del cable a utilizar. De todos los valores obtenidos se concluye que durante el análisis de una línea de transmisión se supone con problemas en algún punto se puede conocer con gran exactitud.

(43) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 33. el punto de ubicación de esta falla, ya que el Fv es un dato que se da en las hojas de datos de los cables comerciales. Obtener conclusiones de los datos obtenidos. 6- Determinación de la naturaleza de la desadaptación: Como ejemplo colocar una terminación con una impedancia compleja en el extremo del cable, medir la constante de tiempo de la siguiente manera:. Fig. 3.5. Se toma Er(0) como el valor de la onda reflejada cuando llega al punto de monitoreo (t =0), Er (∞) se toma como el valor de la onda reflejada una vez terminado el transitorio (t = ∞), El tiempo necesario para que la señal (que comienza en Er(0) llegue al 50% de su valor máximo (0.5·Er(∞)) es igual a: t = 0.69·τ; Donde τ es la constante de tiempo. Y τ se define como:. τ. =. ZoR C Zo + R. Por lo tanto se puede conocer el valor de C conociendo R y viceversa.. 3.4 Conclusiones del Capítulo. En el presente capitulo podemos concluir después de ver los principios de operación de un Reflectómetro. La ilustración de ejemplos prácticos de reflectometría y como realizar un análisis de reflexión en líneas de transmisión, llegando al diseño de una serie de.

(44) CAPÍTULO 3. EJEMPLO PRÁCTICO DE UN TDR Y SUS APLICACIONES.. 34. procedimientos que nos llevan a la realización de una práctica de laboratorio en cuanto a las aplicaciones de la reflectometría en el dominio del tiempo en líneas de transmisión la que pude ser muy útil para los estudiantes o cualquier otra persona que presente problemas con líneas de transmisión, así como su estudio. Técnicas propias de automatización y calibración han sido desarrolladas y para esta última se ha utilizado un estuche que contiene los siguientes componentes de precisión: Circuitos abiertos, cortos fijos, cortos desplazados, terminaciones fijas, líneas de aire, adaptadores y llaves con torca. Se representan los análisis del coeficiente de reflexión, realizadas con un reflectómetro circuitos pasivos de microondas. Las bondades más significativas de los reflectómetros se encuentran en la simplicidad de su construcción, operación y calibración..

(45) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 35. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones. Después de la realización del presente informe donde hemos tratado los temas teóricos de las linean de transmisión así como las aplicaciones de la reflectometría en el dominio del tiempo por la importancia que tiene para las líneas de transmisión y el empleo de procedimientos prácticos de laboratorio para los estudiantes e investigadores, logrando los objetivos de la tesis donde hemos llegado a las siguientes conclusiones:. 1. Del resultado de la realización de un estudio sobre Lineas de Transmision y Reflectometría en el dominio del Tiempo concluimos, que este siempre ha estado enfocado a resolver un problema de la práctica utilizando los conocimientos, los métodos, los componentes de los sistemas de transmisión de señales. Además se caracteriza por el uso de herramientas para el diseño. Además de un proceso tecnológico, esta actividad es el modo de actuación de los especialistas de la electrónica y constituye por tanto, una habilidad profesional.. 2. La calibración es estable y prolongada y se puede realizar con estándares y pocos dispositivos. Estas características los hacen muy apropiados para su utilización en instituciones de diversa índole, donde pueden ser integrados desde su versión más elemental para propósitos de docencia, hasta su versión más sofisticada para propósitos de certificación de estándares como un instrumento patrón o de referencia.. 3. Mediante la técnica de reflectometría, además de hacer el diagnóstico, también puede localizarse el sitio donde ocurre una falla eléctrica. Esta característica de la técnica de.

(46) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 36. reflectometría es una herramienta muy útil para complementar la toma de decisiones. En algunas ocasiones y dependiendo del lugar de la falla, la técnica de reflectometría permitirá tener una reducción en los costos del mantenimiento correctivo.. Recomendaciones. Con la realización de este trabajo relacionado con la aplicación de la reflectometría en líneas de transmisión la que es de gran importancia para realizar prácticas de laboratorio y a su vez de gran importancia en la detección exacta de averías de las líneas, así como su longitud recomendamos: 1. Se lleve a cabo por los estudiantes de la carrera de Telecomunicaciones y electronica prácticas de Reflectometría en el Dominio del Tiempo en la Asignatura de Líneas de Transmisión. 2. Tener en cuenta en las conferencias de Líneas de Transmisión el tema relacionado con las aplicaciones de la reflectometría para llevarla a cabo en la realización de laboratorios, preparando a los estudiantes en las aplicaciones prácticas de la vida actual. 3. Realizar aplicando el procedimiento plasmado en este trabajo la práctica de laboratorio llevando a cabo el llenado de las tablas con los datos especificados dados del resultado que origine la misma..

(47) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 37. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. (2001). HANDBOOK FOR AMATEUR RADIO. Newington, CT 06111 USA, ARRL—the national association for Amateur Radio. Balanis, C. A. (1997). Antenna theory analysis and design,. New York, USA,. Balanis:, C. A. (1989). Advanced Engineering Electromagnetics,. New York,. C. A. Bonilla Barragán (1998.). Adaptación e implementación de una técnica de calibración para un reflectómetro hexaportal,. Departamento de Electrónica. Guadalajara, Jalisco, México,, Universidad de Guadalajara. COLIN, R. E. (2001.). Foundations for Microwave Engineering,. Piscataway, N.J. COLIN:, R. E. (1991). Field Theory of Guided Waves,. Piscataway, N. J. E. J. Rothwell and M. J. Cloud (2001). Electromagnetics. Hernández, M. V. V. (1995). TECNICA DE REFLECTOMETRIA PARA EL DIAGNOSTICO DEL EQUIPO DE FONDO DEL SISTEMA DE BOMBEO ELECTROCENTRÍFUGO DE PETROLEO CRUDO. Instituto de Investigaciones Eléctricas..

(48) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 38. J. Lavergnat, M. S. (2000.). Radiowave Propagation,. New York, USA,. Jackson:, J. D. (1998). Classical Electrodynamics. New York, USA. Johnson, R. C. (1993). Antenna Engineering Handbook. New York,. Johnson, W. C. Transmision Lines and Network Jones, J. R. (1982). A Comparison of Lightwave, Microwave, and Coaxial Transmission Technologies. JORDAN, E. C. (1978). Ondas Electromagneticas y sistemas Radiantes. Madrid. L. B. Felsen, N. M. (1994). Radiation and scattering of waves,. N. J. Lee, Y. T. L. y. S. W. "Handbook of Antennas Design." Monografias. from http:/monografias.com/. Orfanidis, S. J. (October 2002). Electromagnetic Waves & Antennas. Pozar:, D. M. (1998). Microwave engineering. New York. R. Dean Straw (2000). Antenna Book. T. B. Hansen and A. D. Yaghjian (1999). Plane-Wave Theory of Time-Domain Fields,. New York,. T. King (May 1989). “A Practical Time-Domain Reflectometer,”. TOMASI ( 2009). Sistemas de Comunicación electrónicas Touriz, J. "El Radioaficionado On Line." from http://espanol.geocities.com..

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