En telecomunicaciones e ingeniería eléctrica en general, una línea no balanceada es un par de conductores destinados a transportar señales eléctricas, que tienen impedancias desiguales a lo largo de sus longitudes y a tierra y otros circuitos. Ejemplos de líneas no balanceadas 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 no balanceadas deben contrastarse con las líneas balanceadas , como las de par trenzado o de dos conductores, que utilizan dos conductores idénticos para mantener el equilibrio de impedancia en toda la línea. Las líneas balanceadas y no balanceadas se pueden interconectar mediante 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, normalmente el blindaje del cable . Asimismo, varios circuitos de microbanda pueden utilizar el mismo plano de tierra para la ruta de retorno. Esto se compara bien con el cableado balanceado, que requiere dos conductores para cada línea, casi el doble. Otro beneficio de las líneas no balanceadas es que no requieren circuitos de control y receptor balanceados más costosos para funcionar correctamente.
Las líneas no balanceadas a veces se confunden con la señalización de un solo extremo , pero son conceptos completamente diferentes. La primera es un esquema de cableado mientras que la segunda es un esquema de señalización. Sin embargo, la señalización de un solo extremo se envía comúnmente a través de líneas no balanceadas. Las líneas no balanceadas no deben confundirse con las líneas de transmisión de un solo cable que no utilizan ningún camino de retorno.
Cualquier línea que tenga una impedancia diferente a la del camino de retorno puede considerarse una línea no balanceada. Sin embargo, las líneas no balanceadas generalmente constan de un conductor que se considera la línea de señal y otro conductor que está conectado a tierra , o es la tierra en sí misma. El conductor de tierra a menudo toma la forma de un plano de tierra o la pantalla de un cable . El conductor de tierra puede ser, y a menudo lo es, común a varios circuitos independientes. Por esta razón, el conductor de tierra puede denominarse común .
El primer uso de líneas de transmisión no balanceadas fue para comunicaciones telegráficas eléctricas . Estas consistían en cables individuales tendidos entre postes. El camino de retorno para la corriente lo proporcionaba originalmente un conductor separado. Algunos sistemas telegráficos tempranos, 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 de código. Esencialmente, eran codificación de bus paralelo . En estos sistemas, el costo del conductor de retorno no era tan significativo (un conductor de cada siete para el primer telégrafo de agujas de Schilling [1] y un conductor de cada seis para el telégrafo de Cooke y Wheatstone [2] ), pero el número de conductores de codificación se redujo progresivamente con los sistemas mejorados. Pronto solo se requirió un cable de codificación y los datos se transmitían 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 estos sistemas, el coste de un conductor de retorno era el 50 por ciento del coste del cable. Se descubrió que un conductor de retorno podía sustituirse por una vía de retorno a través de la tierra utilizando picas de puesta a tierra . El uso de la conexión a tierra supuso un importante ahorro de costes y rápidamente se convirtió en la norma.
Los cables telegráficos subterráneos que se conectaban a grandes edificios o entre estaciones solían tener que transportar varias líneas telegráficas independientes. Estos cables tenían la forma de múltiples conductores aislados encerrados en una pantalla metálica y una cubierta protectora. En estos cables, la pantalla se puede utilizar como conductor de retorno. Los cables telegráficos submarinos solían tener un solo conductor protegido por una armadura de alambre de acero , que en realidad era 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 transmisión de líneas que el telégrafo, con cables simples no balanceados. Sin embargo, la comunicación telefónica comenzó a verse afectada después de la introducción generalizada de las 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 blindaje normalmente está conectado a tierra. El formato coaxial se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial para su uso en radares . Originalmente se construía a partir de tubos de cobre rígidos, 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 cables sueltos. Los sistemas de cable abierto también se ven afectados por objetos cercanos que alteran el patrón de campo alrededor del conductor. El coaxial no sufre de 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 donde se utilizan frecuencias altas o superiores, y antes 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 cable coaxial con un segundo conductor de protección que rodea al primero con una capa de aislamiento entre ellos. Además de proporcionar protección adicional, los conductores externos se pueden utilizar para otros fines, como proporcionar energía a equipos o señales de control . El triax se utiliza ampliamente 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 tienen un formato desequilibrado. A las bajas velocidades de transmisión de los primeros telégrafos, solo era necesario considerar la teoría de líneas de transmisión para el diseño de un circuito cuando la transmisión se realizaba a lo largo de muchos kilómetros. De manera similar, las frecuencias de audio que utilizan los teléfonos son relativamente bajas y la teoría de líneas de transmisión solo se vuelve significativa para distancias de al menos entre edificios. Sin embargo, a las frecuencias de radio y microondas más altas , las consideraciones sobre las líneas 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 computadoras modernas , las consideraciones sobre las líneas de transmisión pueden incluso ser importantes dentro de un circuito integrado individual . Las tecnologías planares se desarrollaron para este tipo de aplicaciones de tamaño pequeño 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 stripline donde el espacio entre los dos planos de tierra está completamente lleno de un material dieléctrico a veces se conoce como triplaca . Stripline se puede fabricar grabando el patrón de la línea de transmisión en una placa de circuito impreso . La parte inferior de esta placa se deja completamente cubierta de cobre y forma el plano de tierra inferior. Una segunda placa se sujeta sobre 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. Una hoja de papel de cobre se puede envolver alrededor de las dos placas para unir eléctricamente los dos planos de tierra firmemente. Por otro lado, stripline para aplicaciones de alta potencia, como radar, probablemente se fabricará como tiras de metal sólidas con soportes dieléctricos periódicos, esencialmente dieléctrico de aire.
La microbanda es similar a la línea de tira, pero está abierta por encima del conductor. No hay dieléctrico ni plano de tierra por encima de la línea de transmisión, solo hay dieléctrico y un plano de tierra debajo de la línea. La microbanda es un formato popular, especialmente en productos domésticos, porque los componentes de microbanda se pueden hacer utilizando las técnicas de fabricación establecidas de las placas de circuitos impresos. De este modo, los diseñadores pueden mezclar circuitos de componentes discretos con componentes de microbanda. Además, como la placa se debe fabricar de todos modos, los componentes de microbanda no tienen un costo de fabricación adicional. Para aplicaciones donde el rendimiento es más importante que el costo, se puede utilizar un sustrato cerámico en lugar de un circuito impreso. La microbanda tiene otra pequeña ventaja sobre la línea de tira; los anchos de línea son más amplios en la microbanda para la misma impedancia y, por lo tanto, las tolerancias de fabricación y el ancho mínimo son menos críticos en líneas de alta impedancia. Una desventaja de la microbanda es que el modo de transmisión no es completamente transversal . Estrictamente hablando, el análisis de línea 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). Existe una gran cantidad de materiales y técnicas que se utilizan para fabricar MIC, y las líneas de transmisión se pueden formar en cualquiera de estas tecnologías.
Las líneas de transmisión planas se utilizan para mucho más que simplemente conectar componentes o unidades entre sí. Pueden usarse como componentes y unidades. Cualquier formato de línea de transmisión se puede utilizar de esta manera, pero para los formatos planares suele ser su propósito principal. Los bloques de circuitos típicos implementados por líneas de transmisión incluyen filtros , acopladores de direcciones y divisores de potencia , y adaptación de impedancia . En frecuencias de microondas, los componentes discretos deben ser impracticablemente pequeños y una solución de línea de transmisión es la única viable. Por otro lado, en frecuencias bajas, como aplicaciones de audio, los dispositivos de línea de transmisión deben ser impracticablemente grandes.
La distribución de energía eléctrica se realiza normalmente en forma de 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 .