Un tee de polarización es una red de tres puertos que se utiliza para configurar el punto de polarización de CC de algunos componentes electrónicos sin perturbar otros componentes. El tee de polarización es un diplexor . El puerto de baja frecuencia se utiliza para configurar la polarización; el puerto de alta frecuencia pasa las señales de radiofrecuencia pero bloquea los niveles de polarización; el puerto combinado se conecta al dispositivo, que ve tanto la polarización como la RF. Se llama tee porque los 3 puertos a menudo están dispuestos en forma de T. [1 ]
En términos conceptuales, la T de polarización se puede considerar como un capacitor ideal que permite el paso de CA pero bloquea la polarización de CC y un inductor ideal que bloquea la CA pero permite la CC. Si bien algunas T de polarización se pueden hacer con un inductor y un capacitor simples, las T de polarización de banda ancha son considerablemente más complicadas porque los componentes prácticos tienen elementos parásitos .
Las tes de polarización están diseñadas para entornos de líneas de transmisión. Normalmente, la impedancia característica Z o será de 50 ohmios o 75 ohmios. La impedancia del condensador ( X C ) se elige para que sea mucho menor que Z o , y la impedancia del inductor ( X L ) se elige para que sea mucho mayor que Z o :
donde ω es la frecuencia angular (en radianes por segundo) y f es la frecuencia (en hercios ).
Las tes de polarización están diseñadas para funcionar en un rango de frecuencias de señal. Las reactancias se eligen para tener un impacto mínimo en la frecuencia más baja.
Para los conectores en T de amplio rango, la reactancia inductiva debe ser grande en valor, incluso a la frecuencia más baja, por lo tanto, las dimensiones del inductor deben ser grandes en tamaño. Un inductor grande tendrá una capacitancia parásita (que crea su frecuencia auto-resonante). A una frecuencia suficientemente alta, la capacitancia parásita presenta una ruta de derivación de baja impedancia para la señal de RF, y el conector en T de polarización se vuelve ineficaz. Los conectores en T de polarización de banda ancha prácticos deben utilizar topologías de circuito elaboradas para evitar la ruta de derivación. En lugar de un inductor, habrá una cadena de inductores en serie, cada uno con su propia frecuencia de resonancia alta, además de resonancias compuestas más bajas compartidas entre ellos. Se insertarán resistencias y capacitores adicionales para evitar resonancias. [a] [2] Por ejemplo, un conector en T de polarización Picosecond Pulse Labs modelo 5580 funciona de 10 kHz a 15 GHz. [2] (p 3) En consecuencia, el diseño simple necesitaría una inductancia de al menos 800 μH ( X L aproximadamente j 50 ohmios a 10 kHz), y ese inductor aún debe verse como un inductor a 15 GHz. Sin embargo, un inductor comercial típico de 820 μH tiene una frecuencia auto-resonante cercana a 1,8 MHz, cuatro órdenes de magnitud demasiado baja. [3]
Johnson ofrece un ejemplo de un tee de polarización de microbanda de banda ancha que cubre de 50 kHz a 1 GHz utilizando cuatro inductores (330 nH, 910 nH, 18 μH y 470 μH) en serie. [4] Su diseño se basó en un tee de polarización comercial. Modeló valores de elementos parásitos, simuló resultados y optimizó la selección de componentes. Para mostrar la ventaja de los componentes adicionales, Johnson proporcionó una simulación de un tee de polarización que utilizaba solo inductores y condensadores sin supresión Q. Johnson proporciona detalles de rendimiento simulados y reales. [5] Girardi duplicó y mejoró el diseño de Johnson y señala algunos problemas de construcción adicionales. [6]
Una T de polarización se utiliza para insertar alimentación de CC en una señal de CA para alimentar amplificadores de antena remotos u otros dispositivos. Por lo general, se coloca en el extremo receptor del cable coaxial para pasar alimentación de CC desde una fuente externa al cable coaxial que va al dispositivo alimentado. Una "T" de polarización consta de un inductor de alimentación para entregar CC a un conector en el lado del dispositivo y un condensador de bloqueo para evitar que la CC pase al receptor . La señal de RF se conecta directamente de un conector al otro con solo el condensador de bloqueo en serie. El diodo de bloqueo interno evita daños a la "T" de polarización si se aplica un voltaje de suministro inverso.
Las tes de polarización se utilizan en una variedad de aplicaciones, pero generalmente se utilizan para proporcionar una señal de RF y energía (CC) a un dispositivo remoto donde no sería ventajoso ejecutar dos cables separados. [7] La polarización se utiliza a menudo con fotodiodos (de vacío y de estado sólido), detectores de placa de microcanales , transistores y triodos , de modo que las altas frecuencias de la señal no se filtren en un riel de fuente de alimentación común. Por el contrario, el ruido de la fuente de alimentación no aparece en la línea de señal. Otros ejemplos incluyen: Power over Ethernet , [8] [9] antenas activas, amplificadores de bajo ruido y convertidores descendentes. [10]
La línea telefónica para el servicio telefónico tradicional y algunos micrófonos antiguos utilizan un circuito de polarización en T (a menudo con un girador que reemplaza al inductor). Esto permite que un cable delgado con solo 2 conductores envíe energía desde el sistema al dispositivo y envíe audio desde el dispositivo de regreso al sistema. Los micrófonos modernos a menudo utilizan 3 conductores en un circuito de alimentación fantasma muy similar a un circuito de polarización en T.
Hay varios diseños de camisetas sesgadas.
La construcción de la barra horizontal de la T se basa en el cable coaxial rígido con aire como dieléctrico. El radio se elige para que sea lo más grande posible sin permitir modos más altos. El diseño de una "T" de polarización se basa en la energía que sale hacia el dispositivo remoto, pero que no es vista por la estación base o el receptor. Esto se logra mediante el uso de un condensador en el terminal de salida de RF, lo que crea efectivamente un circuito abierto para la corriente continua. [11] La señal de RF entrante, o la de la antena, es la salida para la energía continua. Este extremo frontal de una "T" de polarización generalmente consta de un filtro de paso de banda , un amplificador de bajo ruido y un mezclador acoplado a un oscilador local. [11]
En un punto se corta una pequeña porción del conductor central, por lo que se forma un condensador y se bloquean las frecuencias bajas. Este tipo de condensador tiene la ventaja de que es casi invisible para las frecuencias más altas. Para pasar frecuencias de hasta 1 MHz, se debe aumentar la capacitancia. Un dieléctrico como NPO multiplica la capacitancia por un factor de 65. El espesor del condensador debe ser mínimo sin provocar una ruptura eléctrica en el dieléctrico, es decir, evitar picos en el campo eléctrico y esto significa electrodos lisos con bordes redondeados y un dieléctrico que sobresale entre los electrodos (diseño de pomo de puerta). Se puede utilizar una pila de condensadores, pero cada condensador debe tener acceso a la superficie del conductor interno, porque si está oculto detrás de otro condensador, las frecuencias altas no lo verán, porque el campo eléctrico necesita mucho tiempo para viajar a través de un dieléctrico con una constante dieléctrica alta.
Una pequeña bobina hecha de alambre fino con un núcleo de aire o núcleo de MnFeZn conecta el conductor interno de uno de los lados del capacitor con el puerto a en el conductor externo que baja por la T. Las frecuencias superiores a 1 GHz golpean la bobina desde el costado y aplican un campo eléctrico igual a toda la bobina. Por lo tanto, no se excitan modos superiores dentro de la bobina. Debido a la inducción de la bobina, casi no hay fugas de corriente desde el conductor central hacia el puerto. Las frecuencias entre 1 MHz y 1 GHz se filtran en este puerto, por lo que hay una segunda bobina con un núcleo en forma de cono fuera del conductor externo, pero dentro de una carcasa para evitar interferencias con otros componentes. Este cono actúa como un transformador de línea de transmisión cónico. Comienza con una alta impedancia, por lo que se reflejará mucha energía, pero el resto viajará por la bobina y habrá alguna fuga hacia el puerto de baja frecuencia.
Las oscilaciones en el condensador, la bobina o el circuito LC compuesto se amortiguan mediante el dieléctrico y el núcleo. Además, la bobina pequeña debe tener una resistencia de aproximadamente 10 ohmios para amortiguar aún más las oscilaciones y evitar ondulaciones en el espectro transmitido.
