Principi Fondamentali delle Linee di Trasmissione: Onde, Impedenza e Riflessione

1. Definizione di Linee di Trasmissione

Una linea di trasmissione è una struttura materiale utilizzata per la trasmissione diretta di energia, come le onde elettromagnetiche, che copre, in tutto o in parte, la distanza tra due punti di segnalazione.

2. Trasmissione di Onde TEM in Sezione Trasversale

Se l'onda è di tipo TEM (Transverse Electromagnetic), il comportamento della linea di trasmissione (LT) può essere gestito da un'estensione della teoria dei circuiti a parametri distribuiti. Pertanto, è necessario derivare le equazioni di base che descrivono le tensioni e le correnti lungo la linea.

3. Linee di Trasmissione Bilanciate e Sbilanciate

Le linee di trasmissione, spesso costituite da cavi, sono tipicamente:

• Bifilari: due conduttori paralleli identici.
• Quadri filari: quattro conduttori.
• Coassiali: un conduttore centrale e uno schermo esterno.

Le prime due tipologie rappresentano casi di linee bilanciate, mentre le linee coassiali sono considerate sbilanciate.

Una linea bifilare è bilanciata perché ciascuno dei conduttori ha una tensione opposta rispetto alla terra (è bilanciata rispetto a terra). Un cavo coassiale, invece, è una linea sbilanciata in quanto solo il conduttore centrale trasporta l'onda di tensione e corrente, mentre lo schermo esterno è a potenziale di terra, il che implica che lo schermo non trasporta l'onda di segnale.

4. Onde Incidenti e Riflesse

La tensione che si propaga dalla sorgente al carico è definita tensione incidente, mentre la tensione che si propaga dal carico verso la sorgente è chiamata tensione riflessa.

5. Definizione del Coefficiente di Riflessione

Il coefficiente di riflessione (talvolta chiamato anche fattore di riflessione) è una grandezza vettoriale che rappresenta il rapporto tra la tensione riflessa e la tensione incidente.

6. Calcolo dell'Impedenza Caratteristica di un Cavo Coassiale RG-59

Determinazione dell'impedenza caratteristica di un cavo coassiale RG-59 con le seguenti caratteristiche:

• L: 0.118 mH/ft
• C: 21 pF/ft
• d: 0.025 pollici
• D: 0.15 pollici
• I: 2.23

7. Esempio Pratico: Calcolo del Coefficiente di Riflessione e ROS

Una linea di trasmissione presenta una tensione incidente di 10 Volt e una tensione riflessa di 3 Volt.

Determinare:

• R: Coefficiente di riflessione
• VSWR (ROS): Rapporto d'onda stazionaria