En telecomunicaciones e ingeniería eléctrica en general, una línea desequilibrada es un par de conductores destinados a transportar señales eléctricas, que tienen impedancias desiguales a lo largo de su longitud y a tierra y otros circuitos. Ejemplos de líneas desequilibradas son el cable coaxial o el histórico sistema de retorno a tierra inventado para el telégrafo, pero que rara vez se utiliza en la actualidad. Las líneas desequilibradas deben contrastarse con las líneas balanceadas , como las de dos conductores o de par trenzado , que utilizan dos conductores idénticos para mantener el equilibrio de impedancia en toda la línea. Las líneas balanceadas y no balanceadas se pueden interconectar usando un dispositivo llamado balun .
La principal ventaja del formato de línea no balanceada es la rentabilidad. Se pueden proporcionar múltiples líneas no balanceadas en el mismo cable con un conductor por línea más un único conductor de retorno común, generalmente el blindaje del cable . Del mismo modo, varios circuitos microstrip pueden utilizar el mismo plano de tierra para la ruta de retorno. Esto se compara bien con el cableado balanceado que requiere dos conductores por cada línea, casi el doble. Otro beneficio de las líneas no balanceadas es que no requieren circuitos controladores y receptores balanceados más costosos para funcionar correctamente.
Las líneas desequilibradas a veces se confunden con la señalización de un solo extremo , pero se trata de conceptos completamente separados. El primero es un esquema de cableado mientras que el segundo es un esquema de señalización. Sin embargo, la señalización de un solo extremo se envía comúnmente a través de líneas no balanceadas. Las líneas desequilibradas no deben confundirse con las líneas de transmisión de un solo cable que no utilizan ningún camino de retorno.
Cualquier línea que tenga diferente impedancia del camino de retorno podrá considerarse línea desequilibrada. Sin embargo, las líneas desequilibradas suelen constar de un conductor que se considera línea de señal y otro conductor que está puesto a tierra , o está él mismo puesto a tierra. El conductor de tierra suele tomar la forma de un plano de tierra o la pantalla de un cable . El conductor de tierra puede ser, y a menudo es, común a múltiples circuitos independientes. Por esta razón, el conductor de tierra puede denominarse común .
El primer uso de líneas de transmisión desequilibradas fue para comunicaciones por telégrafo eléctrico . Estos consistían en cables individuales tendidos entre postes. El camino de retorno de la corriente lo proporcionaba originalmente un conductor independiente. Algunos de los primeros sistemas de telégrafo, como el telégrafo de agujas experimental de Schilling de 1832 y el telégrafo de cinco agujas de Cooke & Wheatstone de 1837 utilizado por los ferrocarriles británicos, requerían múltiples cables codificados. Básicamente, eran codificación de bus paralelo . En estos sistemas el coste del conductor de retorno no era tan significativo (un conductor entre siete para el primer telégrafo de agujas de Schilling [1] y un conductor entre seis para el telégrafo de Cooke y Wheatstone [2] ) pero el número de conductores codificadores se fue reduciendo progresivamente. con sistemas mejorados. Pronto sólo se necesitó un cable codificador para transmitir los datos en serie . Ejemplos importantes de estos sistemas de un solo cable fueron el telégrafo Morse (1837) y el telégrafo de una sola aguja de Cooke & Wheatstone (1843). En tales sistemas, el coste de un conductor de retorno equivalía al 50 por ciento del coste del cable. Se descubrió que un conductor de retorno podía sustituirse por un camino de retorno a través de la Tierra mediante clavijas de puesta a tierra . El uso del retorno por tierra supuso un importante ahorro de costes y rápidamente se convirtió en la norma.
Los cables telegráficos subterráneos en edificios grandes o entre estaciones a menudo son necesarios para transportar múltiples líneas telegráficas independientes. Estos cables tomaron la forma de múltiples conductores aislados encerrados por una pantalla metálica y una cubierta protectora general. En tales cables se puede utilizar la pantalla como conductor de retorno. Los cables telegráficos submarinos solían ser un solo conductor protegido por una armadura de alambre de acero , en realidad un cable coaxial. El primer cable transatlántico de este tipo se completó en 1866.
Las primeras líneas telefónicas (el teléfono se inventó en 1876) utilizaban el mismo esquema de línea de transmisión que el telégrafo de cables individuales no balanceados. Sin embargo, las comunicaciones telefónicas empezaron a verse afectadas tras la introducción generalizada de líneas eléctricas. La transmisión telefónica comenzó a utilizar líneas balanceadas para combatir este problema y la norma moderna para la presentación telefónica es el cable de par trenzado balanceado .
Una línea coaxial (coax) tiene un conductor de señal central rodeado por un conductor de blindaje cilíndrico. El conductor de pantalla normalmente está puesto a tierra. El formato coaxial fue desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial para su uso en radar . Originalmente se construyó con tubos rígidos de cobre, pero la forma habitual hoy en día es un cable flexible con una pantalla trenzada. Las ventajas del coaxial son una pantalla electrostática teóricamente perfecta y parámetros de transmisión altamente predecibles. Esto último es el resultado de la geometría fija del formato que conduce a una precisión que no se encuentra con los cables sueltos. Los sistemas de cables abiertos también se ven afectados por objetos cercanos que alteran el patrón de campo alrededor del conductor. Coax no sufre esto ya que el campo está completamente contenido dentro del cable debido a la pantalla circundante.
Las líneas coaxiales son la norma para las conexiones entre transmisores de radio y sus antenas, para la interconexión de equipos electrónicos que involucran alta frecuencia o superior, y anteriormente se usaban ampliamente para formar redes de área local antes de que el par trenzado se hiciera popular para este propósito.
El cable triaxial (triax) es una variante del coaxial con un segundo conductor blindado que rodea al primero con una capa de aislamiento en el medio. Además de proporcionar blindaje adicional, los conductores externos se pueden utilizar para otros fines, como proporcionar energía a equipos o señales de control . Triax es muy utilizado para la conexión de cámaras en estudios de televisión .
Las líneas de transmisión de formato plano son conductores planos fabricados mediante diversas técnicas sobre un sustrato. Casi siempre son un formato desequilibrado. A las bajas velocidades de transmisión de los primeros telégrafos, sólo era necesario considerar la teoría de la línea de transmisión para el diseño de un circuito cuando la transmisión abarcaba muchas millas. De manera similar, las frecuencias de audio utilizadas por los teléfonos son relativamente bajas y la teoría de las líneas de transmisión sólo resulta significativa para distancias de al menos entre edificios. Sin embargo, en las frecuencias de radio y microondas más altas , las consideraciones sobre la línea de transmisión pueden volverse importantes dentro de un dispositivo, solo una cuestión de centímetros. A las velocidades de datos muy altas que manejan los procesadores de computadora modernos , las consideraciones sobre la línea de transmisión pueden ser incluso importantes dentro de un circuito integrado individual . Las tecnologías planares se desarrollaron para este tipo de aplicaciones de pequeño tamaño y no son muy apropiadas para transmisiones de larga distancia.
Stripline es un conductor plano con un plano de tierra tanto por encima como por debajo del conductor. La variante de línea de banda donde el espacio entre los dos planos de tierra se llena completamente con un material dieléctrico a veces se conoce como triplato . Stripline se puede fabricar grabando el patrón de la línea de transmisión en una placa de circuito impreso . La parte inferior de esta placa queda completamente cubierta de cobre y forma el plano de tierra inferior. Se sujeta una segunda tabla encima de la primera. Esta segunda placa no tiene patrón en la parte inferior y cobre simple en la parte superior para formar el plano de tierra superior. Se puede envolver una lámina de cobre alrededor de las dos placas para unir eléctricamente los dos planos de tierra firmemente. Por otro lado, las líneas de banda para aplicaciones de alta potencia, como el radar, probablemente se fabricarán como tiras de metal sólido con soportes dieléctricos periódicos, esencialmente dieléctrico de aire.
Microstrip es similar a stripline pero está abierto por encima del conductor. No hay dieléctrico ni plano de tierra sobre la línea de transmisión, solo hay dieléctrico y un plano de tierra debajo de la línea. Microstrip es un formato popular, especialmente en productos domésticos, porque los componentes de microstrip se pueden fabricar utilizando las técnicas de fabricación establecidas de placas de circuito impreso. De este modo, los diseñadores pueden mezclar circuitos de componentes discretos con componentes microstrip. Además, dado que la placa debe fabricarse de todos modos, los componentes de la microcinta no tienen ningún coste de fabricación adicional. Para aplicaciones en las que el rendimiento es más importante que el coste, se puede utilizar un sustrato cerámico en lugar de un circuito impreso. Microstrip tiene otra pequeña ventaja sobre stripline; los anchos de línea son más anchos en microstrip para la misma impedancia y, por lo tanto, las tolerancias de fabricación y el ancho mínimo son menos críticos en líneas de alta impedancia. Un inconveniente de la microcinta es que el modo de transmisión no es totalmente transversal . Estrictamente hablando, el análisis de líneas de transmisión estándar no se aplica porque hay otros modos presentes, pero puede ser una aproximación utilizable.
Las conexiones dentro de los circuitos integrados normalmente son planas, por lo que las líneas de transmisión planas son una opción natural cuando se necesitan. La necesidad de líneas de transmisión se encuentra con mayor frecuencia en los circuitos integrados de microondas (MIC). Hay una gran cantidad de materiales y técnicas que se utilizan para fabricar MIC, y se pueden formar líneas de transmisión con cualquiera de estas tecnologías.
Las líneas de transmisión planas se utilizan para mucho más que simplemente conectar componentes o unidades entre sí. Ellos mismos pueden usarse como componentes y unidades. Se puede utilizar cualquier formato de línea de transmisión de esta manera, pero para los formatos planos suele ser su propósito principal. Los bloques de circuitos típicos implementados por las líneas de transmisión incluyen filtros , acopladores de dirección y divisores de potencia , y adaptación de impedancia . En frecuencias de microondas, los componentes discretos deben ser imprácticamente pequeños y una solución de línea de transmisión es la única viable. Por otro lado, en bajas frecuencias, como en aplicaciones de audio, los dispositivos de línea de transmisión deben ser imprácticamente grandes.
La distribución de energía eléctrica se realiza normalmente mediante transmisión trifásica equilibrada. Sin embargo, en algunas ubicaciones remotas donde se requiere una cantidad relativamente pequeña de energía, se puede utilizar un sistema de retorno a tierra de un solo cable .