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Ondas e Linhas Prof. Daniel Orquiza de Carvalho Ondas e Linhas Prof. Daniel Orquiza

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rquiza

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

•  Objetivos:

§  Discutir comportamento de L.T. Em altas frequências.

§  Introduzir Eqs. Telegráficas.

§  Soluções das Eqs. Telegráficas.

EletromagnetismoI Prof.DanielOrquiza1

Linhas de transmissão – aspectos básicos (Páginas 48 a 56 no Livro texto)

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

07/03/17 2

Linhas de transmissão – Principais tipos

2

Cabo coaxial

Microstrip

Par de fios condutores

Seção Transversal

D

w

2a

b

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

OndaseLinhas Prof.DanielOrquiza3

Linhas de Transmissão

Par trançado

Cabo coaxial

Microstrip

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

07/03/17 4

Linhas de transmissão – Visão Geral

4

Linha Carga Gerador

Pergunta: que tipos de carga podemos ter?

Vg( t )

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

07/03/17 5

Linhas de transmissão

5

distância

V

V(t)

A B

V(t)

A’ B’

carga

carga

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

07/03/17 66

•  Qual é a ordem de grandeza do comprimento de onda de um sinal senoidal em:

(a)  60Hz?

(b)  3GHz?

Pergunta?

Linhas de transmissão

•  Se as dimensões de um circuito elétrico são comparáveis ao comprimento de onda, a utilização do modelo de parâmetros concentrado deixa de ser válida.

•  Temos que começar a falar em parâmetros distribuídos.

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

•  Se as dimensões de um circuito elétrico são comparáveis ao comprimento de onda, a utilização do modelo de parâmetros concentrado deixa de ser válida.

•  Temos que começar a falar em parâmetros distribuídos.

07/03/17 77

distância

V

V(t)

A B

V(t)

A’ B’

carga

carga

Linhas de transmissão

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

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Linhas de transmissão (Compr. Diferencial)

Linhas de transmissão

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SJBV SJBV

Circuito Equivalente

Ondas e Linhas

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Linhas de transmissão

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

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•  Exemplo (parâmetros distribuídos): no lugar de trabalharmos com resistência, utilizamos resistência por unidade de comprimento.

[H/m]

[F/m]

[Ω/m]

[S/m]

Unidades

CaboCoaxial PlacasParalelas

Onde a resistência superficial é definida como: RS =1

σ  δsRS =

π fµσ c

Linhas de transmissão

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SJBV SJBV

•  Podemos obter a equação de onda para linhas de transmissão aplicando a teoria de circuitos para um elemento de comprimento diferencial Δz de linha de transmissão.

•  Usamos as Leis de Kirchhoff para relacionar tensões e correntes na saída com as da entrada.

Ondas e Linhas

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Linhas de transmissão (Compr. Diferencial) Circuito Equivalente

Linhas de transmissão

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•  Utilizando a 1ª L.K. (Lei das Correntes):

•  Utilizando a 2ª L.K. (Lei das Tensões):

Ondas e Linhas

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v(z, t) − RΔzi(z, t)− LΔz∂i(z, t)∂t

−v(z+Δz, t) = 0

i(z, t) − GΔzv(z+Δz, t)− CΔz∂v(z+Δz, t)∂t

− i(z+Δz, t) = 0

Linhas de transmissão

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•  Após alguma manipulação algébrica e tomando o limite de Δz à 0, primeira equação se torna:

•  A segunda equação fica:

Ondas e Linhas

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∂v(z, t)∂z

=− Ri(z, t)− L ∂i(z, t)∂t

∂i(z, t)∂z

=− Gv(z, t)− C∂v(z, t)∂t

Equações telegráficas

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•  Considerando soluções harmônicas e utilizando a forma fasorial, a primeira equação fica:

•  A segunda equação fica:

Ondas e Linhas

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∂V (z)∂z

=− (R +jωL)I(z)

∂I(z)∂z

=− (G +jωC)V(z)

Equações telegráficas

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SJBV SJBV

•  Usando as duas equações anteriores e isolando V(z) e I(z), obtemos as duas equações de onda que descrevem a propagação de ondas em Linhas de Transmissão.

e

•  A constante de propagação complexa γ é definida como:

Ondas e Linhas

07/03/17 15

d 2V(z)dz2

− γ2V(z) = 0

d 2I(z)dz2

− γ2I(z) = 0

γ = α + jβ =  (R+jωL)(G+jωC)

Equações de onda

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SJBV SJBV

•  A solução da equação de ondas é uma combinação linear de ondas progressivas e regressiva. Na forma fasorial, a tensão ao longo da linha é escrita:

•  A corrente ao longo da linha é escrita:

Ondas e Linhas

07/03/17 16

V(z) = V0+e−γz +V0

−eγz

I(z) = I0+e−γz + I0

−eγz

Equações de onda

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SJBV SJBV

•  Utilizando as equações telegráficas, é possível relacionar a corrente ao longo da linha com a tensão ao longo da mesma:

•  A definição de Impedância Característica Z0 da linha de transmissão é:

Ondas e Linhas

07/03/17 17

Z0 =V0

+

I0+= −

V0−

I0−=

R + jωLG + jωC

I(z) = V0

+

Z0

e−γz − V0

Z0

eγz

Equações de onda

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SJBV SJBV

•  A solução da equação de ondas na forma instantânea é:

•  O comprimento de onda pode ser calculado por:

•  A velocidade de fase vp é definida por:

Ondas e Linhas

07/03/17 18

v(z, t)  =  V0+ cos(ωt - βz + φ+ )e−αz + V0

− cos(ωt + βz + φ− )eαz

λ =2πβ

v p =ωβ= λf

v(z,0)

V0

-V0

e-αz

Equações de onda

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SJBV SJBV

Ondas e Linhas

07/03/17

19

v(z,0)

V0

-V0

e-αz

Equações de onda

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SJBV SJBV

•  Linhas de transmissão sem perdas (α = 0):

onde:

•  A Impedância Característica Z0 da linha sem perdas é:

Ondas e Linhas

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γ = α+ jβ= jω LC

β=ω LC

Z0 = LC

Equações de onda

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SJBV SJBV

•  Para Linhas de transmissão sem perdas (α = 0), a tensão ao longo da linha é:

•  A corrente ao longo da linha é:

•  O comprimento de onda e a velocidade de fase são:

Ondas e Linhas

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V(z) = V0+e− jβz + V0

−e jβz

I(z) =  V0+

Z0

e− jβz − V0−

Z0

e jβz

λ =2πβ=

2πω LC

vp =ωβ=

1LC

Equações de onda