Sintonizador de antena

Un sintonizador de antena es un dispositivo electrónico pasivo insertado en la línea de alimentación entre un transmisor de radio y su antena . Su propósito es optimizar la transferencia de energía haciendo coincidir la impedancia de la radio con la impedancia de la señal al final de la línea de alimentación que conecta la antena al transmisor.

Se utilizan varios nombres alternativos para este dispositivo: unidad de adaptación de antena , unidad de adaptación de impedancia , caja de cerillas , red de adaptación , transmatch , adaptación de antena , unidad de sintonización de antena ( ATU ), acoplador de antena , acoplador de línea de alimentación . La jerga técnica del idioma inglés no hace distinción entre los términos. ^[1]^[un]

Los sintonizadores de antena son particularmente importantes para su uso con transmisores. Los transmisores generalmente están diseñados para alimentar energía a una carga resistiva libre de reactancia de un valor específico: esencialmente todos los transmisores de radio construidos después de la década de 1950 están diseñados para una salida de 50 Ω (Ohm) . ^[2]^[b] Sin embargo, la impedancia de cualquier antena normalmente varía, dependiendo de la frecuencia y otros factores, y en consecuencia cambia la impedancia de la señal que aparece en el otro extremo de la línea de alimentación, donde la línea se conecta al transmisor. Además de reducir la potencia radiada por la antena, un desajuste de impedancia puede distorsionar la señal y, en los transmisores de alta potencia, puede sobrecalentar el amplificador o los núcleos de los transformadores a lo largo de la línea. ^[C]

Para evitar posibles daños resultantes de aplicar energía a una carga no coincidente y evitar que los circuitos de autoprotección en el amplificador reduzcan la salida de energía, las redes de adaptación son una parte estándar de casi todos los sistemas de transmisión de radio. ^[d] El sistema transmatch puede ser un circuito incorporado en el propio transmisor, un equipo separado conectado a la línea de alimentación en cualquier lugar entre el transmisor y la antena, o una combinación de varios de estos. En los sistemas de transmisión con una antena distante del transmisor y conectada a él mediante una línea de transmisión ( línea de alimentación ), además de una unidad de adaptación donde la línea de alimentación se conecta al transmisor, puede haber una segunda red de adaptación (ATU) para puentear la transmisión. impedancia de línea a la impedancia del punto de alimentación de la antena, ya sea como una unidad separada montada cerca de la antena o como una configuración de segmentos metálicos adicionales incorporados en el punto de alimentación de la antena.

Descripción general

Los sintonizadores de antena son particularmente importantes para su uso con transmisores. Los transmisores están diseñados para alimentar energía a una carga resistiva de un valor específico: 50 Ω (Ohmios) , según la convención moderna. ^[2]^[b] Si la impedancia vista por el transmisor se aparta de este valor de diseño debido a una sintonización inadecuada de la línea de alimentación y la antena combinadas, puede ocurrir sobrecalentamiento de la etapa final del transmisor, distorsión o pérdida de potencia de salida. ^[C]

Usar con transmisores

Los sintonizadores de antena se utilizan casi universalmente con transmisores de estado sólido . Sin un sistema de adaptación, además de reducir la potencia radiada por la antena, la corriente reflejada (o "contragolpe") puede causar distorsión de la señal y sobrecalentamiento de los núcleos del transformador. En transmisores de alta potencia puede sobrecalentarse el amplificador de salida del transmisor. ^[c] Cuando se detecta una potencia reflejada excesiva, los circuitos de autoprotección en los transmisores modernos reducen automáticamente la potencia a niveles seguros y, por lo tanto, reducen la potencia de la señal que sale de la antena incluso más que la pérdida de parte de la potencia que se refleja lejos de la antena. (vea abajo).

$La reducción automática de potencia$ $mediante circuitos de seguridad$ $normalmente causa la$ $mayor parte$ $de la pérdida de potencia de la señal$ .

Debido a esto, la coincidencia de líneas de alimentación es una parte estándar de casi todos los sistemas de transmisión de radio. El transmatch podría ser un circuito incorporado en el propio transmisor, ^[d] o un equipo separado conectado entre el transmisor y la antena. En los sistemas de transmisión con una antena separada del transmisor y conectada a él mediante una línea de transmisión larga ( línea de alimentación ), puede haber otra red coincidente (ATU) en la antena que coincida con la impedancia de la línea de transmisión a la antena.

Los transmisores de banda estrecha, como los teléfonos móviles y los walkie-talkies, tienen un circuito de adaptación incorporado, configurado permanentemente para funcionar con la antena instalada. ^[d] En estaciones de comunicación multifrecuencia, como estaciones de radioaficionados , y para transmisores de varios kilovatios necesarios para estaciones AM de área amplia , la ATU se puede ajustar para adaptarse a los cambios de frecuencia, en el sistema de transmisión o en su entorno. ^[e] Se utilizan instrumentos como medidores de ROE , analizadores de antena o puentes de impedancia para medir el grado de coincidencia o desadaptación. Es necesario realizar pruebas para garantizar que el transmisor coincida correctamente con la señal en la línea de alimentación después de cualquier cambio que pueda perturbar el sistema.

Los transmisores de alta potencia, como las estaciones de radiodifusión, tienen una unidad de adaptación que es ajustable para adaptarse a los cambios en la frecuencia de transmisión, la unidad transmisora, la antena o el entorno de la antena. ^[e] Ajustar la ATU para que coincida el transmisor con la antena es un procedimiento importante que se realiza después de cualquier trabajo en el transmisor o la antena, o cualquier cambio drástico en el clima que afecte la antena, como escarcha o tormentas de polvo .

El efecto de este ajuste generalmente se mide usando un instrumento llamado medidor SWR , que indica el desajuste agregado entre una impedancia de referencia (que debe ser la misma que la del transmisor: 50 + $j$ 0 Ω^[b] , es decir, 50 Ω de resistencia y 0 Ω (cero) de reactancia ) y la impedancia de la señal compleja en el punto de la línea de alimentación donde se inserta el medidor ROE . Otros instrumentos, como analizadores de antena o puentes de impedancia, proporcionan información más detallada, sobre todo las discrepancias separadas de las partes resistiva y reactiva de la impedancia de la señal en los lados de entrada y salida de la ATU.

Qué sintoniza realmente un sintonizador de "antena"

A pesar de su nombre, un sintonizador de "antena" en realidad no sintoniza la antena: la "sintonización" real de una antena implica ajustar su longitud o conectar apéndices de cables y tubos a la estructura que agregan capacitancia o inductancia al camino de las corrientes a través de la antena. antena, para eliminar la reactancia en el punto de alimentación de la antena para la frecuencia "sintonizada". ^[f] En cambio, una unidad de "sintonización" de antena iguala la impedancia compleja resistiva + reactiva de la señal presentada al final de la línea de alimentación (a veces muy lejos del punto de alimentación de la antena) con la impedancia puramente resistiva ( real ) libre de reactancia requerida en el conexión de salida del transmisor, y en el mismo paso, aumenta o disminuye la resistencia de la señal al nivel requerido por el transceptor (generalmente 50 Ω , por convención ^[b] arbitraria ).

Si tanto el sintonizador como la línea de alimentación fueran ideales (sin pérdidas o sin resistencia), entonces la sintonización en el extremo del transmisor produciría una combinación perfecta en cada punto del sistema transmisor-línea de alimentación-antena. ^[8] Sin embargo, para sistemas de alimentación realistas, las líneas de alimentación con pérdidas limitan la capacidad del sintonizador de antena para compensar de forma remota que la frecuencia de la señal sea diferente de la frecuencia resonante de la antena . ^[9]

La pérdida de energía de la línea de alimentación será baja si la longitud de la línea entre el transmisor y la antena es solo una pequeña fracción de una longitud de onda, o si tiene una resistencia de CC muy baja por metro de longitud, o si está construida para transportar energía principalmente como alto voltaje y baja corriente (alta impedancia: al menos 300 Ω $=$ 300 voltios empujando a través de cada / 1 amperio de flujo de corriente ). Cuando la pérdida de potencia de la línea de alimentación es muy baja, un sintonizador en el extremo del transmisor de la línea puede producir un grado valioso de adaptación y sintonización (imperfecta) en toda la antena y la red de la línea de alimentación. ^[10]^[11] Sin embargo, ese no es el caso cuando se utiliza una línea de alimentación con pérdidas y de baja impedancia, como el cable coaxial común de 50 o 75 Ω (baja impedancia: bajo voltaje y alta corriente). ^[9] Para líneas de baja impedancia, la transferencia máxima de potencia se produce solo si la coincidencia se realiza en la antena, junto con un transmisor y una línea de alimentación coincidentes, produciendo una coincidencia en ambos extremos de la línea y en cada punto intermedio.

En cualquier caso, independientemente de dónde estén colocadas o cuántas sean, una o varias unidades de adaptación no alteran la ganancia, eficiencia o directividad de ninguna antena, ni pueden cambiar las impedancias internas complejas dentro de las partes de esa antena. antena en sí, ni la impedancia presentada en el punto de alimentación de la antena.

Usar con receptores

Las unidades de adaptación no se utilizan mucho con receptores de onda corta y casi nunca se utilizan con receptores de onda media o larga . Sin embargo, son útiles para receptores que operan en la onda corta superior ( HF superior ) y son necesarios para VHF y superiores.

En la antena, si el extremo de la línea de transmisión conectada a la antena no coincide conjugadamente con la impedancia del punto de alimentación de la antena, una parte de cualquier señal interceptada quedará atrapada dentro de la antena y eventualmente se irradiará hacia afuera. De manera similar, en el receptor, si la impedancia de la señal compleja en el extremo receptor de la línea de transmisión no coincide con la conexión de entrada de 50 Ω libre de reactancia del receptor , entonces parte de la señal entrante se reflejará de regreso a la antena y no entrar al receptor. Sin embargo, la pérdida de potencia de la señal sólo es importante para frecuencias en y por encima de la banda media de HF .

Ruido atmosférico en función de la frecuencia en el espectro radioeléctrico en ondas kilométricas, hectométricas y decamétricas según CCIR 322. El eje vertical está en decibelios por Hz por encima del nivel mínimo de ruido térmico . El gráfico muestra que a medida que la frecuencia aumenta por encima del HF medio , tanto el ruido natural como el producido por el hombre se silencian precipitadamente.

En los receptores de radio que funcionan por debajo de aproximadamente 10 ~ 20 MHz, el ruido de radio atmosférico domina la relación señal-ruido (SNR) de la señal de radio entrante, y la potencia del ruido atmosférico (jerga de radio " QRN ") y la electricidad causada por el hombre. La interferencia (" QRM ") que llega con la señal es mucho mayor que la contribución insignificante del ruido térmico inherente generado dentro del propio circuito del receptor. Por lo tanto, el receptor puede amplificar libremente la señal débil para compensar cualquier ineficiencia del sistema de antena causada por desajustes de impedancia, sin aumentar perceptiblemente el ruido en la salida.

Por el contrario, en frecuencias más altas la ionosfera ya no atrapa ondas de radio dentro de la atmósfera y el ruido molesto se irradia hacia el espacio, dejando las frecuencias más altas naturalmente libres de ruido. ^[g] En las frecuencias superiores HF , VHF y más altas, los receptores encuentran muy poco ruido atmosférico y el ruido agregado por el propio amplificador frontal del receptor domina la SNR . En frecuencias superiores a 10~20 MHz, el ruido del circuito interno es el factor que limita la sensibilidad del receptor a señales débiles.

Entonces, a medida que aumenta la frecuencia de recepción, se vuelve cada vez más importante que en el extremo de la antena de la línea de transmisión , la impedancia de salida compleja de la antena receptora se combine conjugadamente con la impedancia característica de la línea de alimentación , y de la misma manera la impedancia de la señal en el extremo del receptor de la línea de transmisión sea Emparejado con la conexión de entrada del receptor: Hacer coincidir las impedancias en cada paso del camino transfiere la máxima potencia posible de cualquier señal débil que llegue a la antena al primer amplificador , para tratar de proporcionar al amplificador frontal una señal significativamente más fuerte que la del propio amplificador. ruido generado internamente.

Por esa razón, en algunos receptores para la banda superior de HF , como los receptores de radio CB "de lujo" , y para la mayoría de los receptores de VHF y frecuencias más altas, como los receptores de transmisión de FM , se incorporan circuitos de adaptación de impedancia o antenas de impedancia adaptada. Escáneres para aeronaves y radios de seguridad pública .

Métodos de coincidencia de banda ancha

Un balun de voltaje hecho de un autotransformador enrollado en un toroide de ferrita .

Estrictamente hablando, los transformadores , autotransformadores y baluns no son unidades completas de adaptación de impedancias: aunque transforman la magnitud de las impedancias, no son capaces por sí mismos de unir fases no coincidentes y, por lo tanto, no pueden producir una coincidencia conjugada completa. No obstante, los transformadores de este tipo se incorporan con frecuencia en los sistemas de alimentación de antena para convertir entre cableado balanceado y no balanceado, o unir sin problemas diferentes impedancias de cableado, proporcionando una coincidencia de impedancia en el caso especial de sistemas de alimentación de antena sin reactancia . A veces también se utilizan para aumentar el funcionamiento de los diseños de sintonizadores de antena de banda estrecha (que se analizan en las siguientes secciones), ya que pueden ampliar el rango de impedancias que un sintonizador de antena puede igualar.

Los transformadores y baluns generalmente están diseñados con devanados de bobina que tienen la inductancia mínima necesaria para funcionar, para garantizar que cualquier reactancia inadvertida que contribuyan tenga solo un pequeño efecto en la frecuencia de resonancia de la antena o de los circuitos del transmisor de banda estrecha. Esto resulta en una compensación, ya que a frecuencias más bajas el acoplamiento entre los dos lados de un transformador puede no ser lo suficientemente fuerte, y a frecuencias más altas la reactancia parásita puede ser demasiado para ignorarla. Aunque estos problemas de alta y baja frecuencia limitan el ancho de banda útil de los dispositivos, normalmente tienen una banda extremadamente ancha en comparación con cualquier otro método de adaptación de impedancia.

Transformadores de ferrita

Los amplificadores de potencia de estado sólido que funcionan entre 1 y 30 MHz suelen utilizar uno o más transformadores de banda ancha enrollados en núcleos de ferrita .Los MOSFET y los transistores de unión bipolar que normalmente se usan en los amplificadores de radiofrecuencia modernos están diseñados para funcionar con una impedancia baja, por lo que el primario del transformador generalmente tiene una sola vuelta, mientras que el secundario de 50 Ω tendrá de 2 a 4 vueltas. Este diseño de sistema de línea de alimentación tiene la ventaja de reducir la resintonización requerida cuando se cambia la frecuencia de operación.

Un balun de línea de TV de 300 a 75 ohmios , que muestra un conector coaxial (balun en el interior) a la izquierda con un cable doble que sale hacia la derecha.

Un diseño similar puede hacer coincidir una antena con una línea de transmisión : por ejemplo, muchas antenas de TV tienen una impedancia de 300 Ω pero alimentan la señal al televisor a través de una línea coaxial de 75 Ω. Un pequeño transformador con núcleo de ferrita realiza la transformación de impedancia de banda ancha. Este transformador no necesita ni es susceptible de ajuste. Para uso únicamente de recepción en un televisor, la pequeña variación de la ROE con la frecuencia no es un problema significativo.

Las ferritas son cerámicas que son aislantes de la corriente eléctrica, pero conductoras muy eficaces de campos magnéticos. A diferencia de las arcillas utilizadas para hacer cerámica , las cerámicas de ferrita están hechas de óxidos de hierro ( óxido ) y una proporción menor o menor de manganeso, níquel, zinc o estaño, "condimentadas" con trazas de varios otros metales y sus óxidos. Se combinan diferentes mezclas para rangos de frecuencia particulares, normalmente de uno a varios megahercios de ancho. Cada mezcla se vuelve menos efectiva en frecuencias superiores o inferiores a su rango previsto, y esto a su vez impone límites prácticos de ancho de banda adicionales a los transformadores de ferrita.

Muchos transformadores de ferrita están configurados para realizar una transformación de equilibrado a desequilibrado además del cambio de impedancia. Cuando la función balanceada a no balanceada está presente, estos transformadores se denominan balun (de lo contrario, unun ). Los baluns más comunes tienen una transformación de impedancia de 1:1 o 1:4 . ^[h]

Autotransformadores

Existen varios diseños para la adaptación de impedancia utilizando un autotransformador , que es un transformador simple de una sola bobina con diferentes puntos de conexión o derivaciones espaciadas a lo largo de los devanados de la bobina. Se distinguen principalmente por su relación de transformación de impedancia, ^[h] y si los lados de entrada y salida comparten una tierra común, o están emparejados entre un cable que está conectado a tierra en un lado ( no balanceado ) y un cable sin conexión a tierra (generalmente balanceado ). Cuando los autotransformadores conectan líneas balanceadas y no balanceadas, se denominan baluns , al igual que los transformadores de dos devanados. ^[i]

Diagrama esquemático del autotransformador. — Autotransformador 1:1, 1:4 y 1:9

El circuito que se muestra a la derecha tiene tres devanados idénticos enrollados en la misma dirección alrededor de un núcleo de "aire" (para frecuencias muy altas), un núcleo de ferrita (para frecuencias medias) o un núcleo de polvo de hierro (para frecuencias muy bajas). Los tres devanados iguales que se muestran están conectados a una tierra común compartida por dos líneas no balanceadas (por lo que este diseño no es unun ) y se pueden usar como coincidencia de impedancia 1:1, 1:4 o 1:9, dependiendo de la derivación elegida. . ^[j]

Por ejemplo, si el lado derecho está conectado a una carga resistiva de 10 Ω, el usuario puede conectar una fuente en cualquiera de los tres terminales sin conexión a tierra en el lado izquierdo del autotransformador para obtener una impedancia diferente. Observe que en el lado izquierdo, la línea con más devanados entre el punto de toma de la línea y la toma de tierra mide una mayor impedancia para la misma carga de 10 Ω en el lado derecho.

Métodos de comparación de banda estrecha versus banda ancha

Los métodos de adaptación de antenas que utilizan transformadores, descritos anteriormente, tienden a cubrir una amplia gama de frecuencias. En comparación, los métodos de circuito sintonizado de "banda estrecha" que se describen a continuación cubren un rango de frecuencias mucho más pequeño.

Por ejemplo, un único balun disponible comercialmente, muy bien hecho, puede cubrir frecuencias de 3,5 a 29,7 MHz , un intervalo de más de 26 MHz de ancho, o casi toda la banda de HF . Por el contrario, hacer coincidir una línea de alimentación con una antena utilizando un segmento cortado de la línea de transmisión (como se describe a continuación) es quizás la más eficiente de todas las técnicas de comparación, en términos de energía eléctrica, pero normalmente solo puede cubrir un rango de aproximadamente 3,5 ~ 3,7 MHz . de ancho en la banda HF, un rango realmente muy pequeño: el ancho de banda de 26 MHz del balun de ejemplo es un rango de frecuencias más de 7 veces más amplio.

Las redes de acoplamiento de antena o de coincidencia de línea de alimentación también tienen un ancho de banda estrecho para cualquier configuración, pero están construidas con componentes variables para que puedan resintonizarse convenientemente; algunas transmatches modernas pueden incluso autosintonizarse automáticamente cada vez que cambia la frecuencia de transmisión. Algunos operadores aficionados reaccionan de forma exagerada ante las historias de terror de transmatches mal ajustados, cuyo desajuste provoca grandes pérdidas. ^[12]^[13] Sin embargo, en términos de pérdida de potencia, incluso ignorando las exageraciones de pérdida, los circuitos transmatch de propósito general (con algunas excepciones) son posiblemente los medios convencionales menos eficientes de adaptación de impedancia, principalmente debido a la pérdida resistiva en su bobinas de inductancia ^{[ cita necesaria ]} (¡aparte de no tener ninguna adaptación de impedancia ! ).

Métodos de sintonización de antena de línea de transmisión.

Hay dos formas diferentes de hacer coincidir diferentes impedancias usando secciones de la línea de alimentación: o la línea de alimentación original puede tener una sección de línea deliberadamente no coincidente empalmada (llamada coincidencia de sección ), o un trozo corto de línea puede derivarse de la línea original. , con el extremo del trozo en cortocircuito o desconectado (lo que se denomina coincidencia de trozo ). En ambos casos, la ubicación de la sección de línea adicional en la línea de alimentación original y su longitud requieren una colocación y un ajuste cuidadosos, que esencialmente funcionan solo para una frecuencia deseada.

Coincidencia de secciones

Se puede utilizar una longitud especialmente elegida de línea de transmisión empalmada en la línea de alimentación principal para hacer coincidir la línea principal con la antena, si la impedancia característica de la sección empalmada es diferente de la de la línea de alimentación principal en cualquiera de los extremos. Básicamente, la técnica consiste en solucionar un desajuste creando un desajuste opuesto cuidadosamente ideado: un segmento de línea con la impedancia y la longitud adecuadas, insertado a la distancia adecuada de la antena, puede realizar efectos de coincidencia complicados con una eficiencia muy alta. El inconveniente es que la comparación con segmentos de línea sólo funciona para un rango de frecuencia muy limitado para el cual la longitud y ubicación del segmento son apropiadas. ^[4]^{(pág. 22⸗24)}

El1/ 6  El transformador coaxial de longitud de onda es una forma útil de hacer coincidir 50 a 75 Ω utilizando el mismo método general. ^[14]^[15]

Ejemplo: Un ejemplo simple de este método es el transformador de impedancia de un cuarto de onda formado por una sección de línea de transmisión no coincidente. Si un cable coaxial de un cuarto de longitud de onda de 75 Ω está conectado a una carga de 50 Ω, la ROE en el cuarto de longitud de onda de la línea de 75 Ω se puede calcular como 75 Ω/ 50 Ω = 1,5, cuando no hay reactancia ; el cuarto de longitud de onda de la línea transforma la impedancia no coincidente a 112,5 Ω (75 Ω × 1,5 = 112,5 Ω). Por lo tanto, esta sección insertada hace coincidir una antena de 112 Ω con una línea principal de 50 Ω.

Coincidencia de trozos

Un segundo método común es el uso de un trozo : una sección de línea en cortocircuito o abierta se conecta en paralelo con la línea de alimentación principal, formando una rama sin salida de la línea principal. ^[k] El trozo puede tener cualquier impedancia: a diferencia de la coincidencia de secciones mencionada anteriormente, no es necesario que sea diferente de la línea principal. Un trozo de menos de un cuarto de onda de longitud cuyo extremo está en cortocircuito resta susceptancia a la línea, funcionando como un inductor ; Si su extremo se deja abierto (desconectado), entonces el trozo agrega susceptancia y funciona como un capacitor . ^[16]^[l]

El trozo se coloca en uno de los puntos a lo largo de la línea principal donde, a la frecuencia deseada, la parte resistiva oscilante de la impedancia de la señal coincide con la impedancia característica de la línea de alimentación. La longitud del trozo se elige de modo que, a esa frecuencia, su susceptancia sea igual y opuesta a la susceptancia de la señal no deseada en el punto de conexión. El efecto combinado de una ubicación adecuada y una longitud correcta elimina la susceptancia de la señal (y por lo tanto elimina la reactancia que corresponde a la susceptancia) y deja la resistencia de la señal adaptada a la impedancia de la línea de alimentación más allá del punto de conexión, eliminando cualquier ROE. a partir de ese momento. ^[dieciséis]

A modo de ejemplo, tanto la antena J-pole como la antena Zepp relacionada son diseños de antena con un conector integrado en el punto de alimentación de la antena.

Los métodos de coincidencia de stubs más elaborados implican el uso de dos stubs, ya sea en serie o en paralelo, para crear un circuito de sintonización L-C , algunos de los cuales son eléctricamente equivalentes a las redes 'L', que se describen en las siguientes subsecciones.

Diagrama esquemático de la red de coincidencia básica. — Red básica (indicada a continuación con la forma $┬─$ )

Red básica en 'L' de dos elementos

La forma más básica de coincidencia de circuitos agrupados es con la red 'L': es el circuito más simple que logrará la transformación deseada y siempre consta de exactamente dos componentes reactivos . El circuito 'L' es importante no sólo porque lo utilizan muchos sintonizadores automáticos de antena, sino también porque los circuitos más complicados pueden analizarse como cadenas de redes 'L', como se mostrará en secciones posteriores, en las descripciones de redes coincidentes. con tres o más elementos reactivos.

Para cualquier carga y frecuencia determinadas, se debe utilizar un circuito de una de las ocho configuraciones posibles que se muestran a continuación.

Interior de un sintonizador de antena automático, visto desde arriba — Una ATU automática para transceptor aficionado . Las columnas de componentes blancos son relés que conmutan bobinas toroidales (columna roja, más a la derecha) y condensadores de oblea (columna central negra) dentro y fuera del circuito de adaptación. El gran cuadrado negro en la parte inferior izquierda es la CPU que opera los circuitos.

Los sintonizadores de antena automáticos disponibles comercialmente suelen ser redes en 'L', ya que involucran la menor cantidad de piezas y tienen una configuración de coincidencia única, por lo que solo debe buscar un objetivo para el circuito de autoajuste automático.

Este circuito se llama red "ell" , no porque contenga un inductor (símbolo habitual ) (de hecho, algunas redes en 'L' constan de dos condensadores), sino por su forma: en el esquema, los dos componentes están en ángulo recto entre sí, en forma de letra latina 'L', ya sea girada ( $┬─$ ) o volteada y rotada ( $─┬$ ). El circuito básico requerido cuando se utilizan pares de capacitores y/o inductores agrupados se muestra en la tabla de esquemas a continuación. $\ {\mathcal {L}}\$

La red 'T' ("tee") y la red ' $π$ ' ("pie"/"pee") también tienen sus partes dispuestas en una forma similar a las letras latinas y griegas que les dan nombre: La 'T' La red es eléctricamente equivalente a dos redes 'L' consecutivas, ya que $─┬ ┬─ ≅ ─┬┬─ ≅ ─┬─ ≅$ 'T'; la red ' $π$ ' es equivalente a dos redes 'L' punta a punta, por ejemplo, $┬─ ─┬ ≅ ┬─┬ ≅$ ' π '. (Consulte las descripciones de las redes individuales ' $π$ ' y 'T' a continuación para obtener más detalles).

Ejemplo de caso de matemáticas de red 'L'

Esta red básica es capaz de actuar como un transformador de impedancia . Si la salida tiene una impedancia que consta de la parte resistiva _carga $R$ y la parte reactiva _carga $X$ , que se suman para formar un único número complejo . La entrada debe conectarse a una fuente que tenga una impedancia de resistencia _{de fuente} $R$ y reactancia _{de fuente} $X$ , entonces $\ \left(\ j^{2}\equiv -1\ \right).$

jX_{\mathsf {L}}={\sqrt {{\Big (}R_{\mathsf {fuente}}+jX_{\mathsf {fuente}}{\Big )}{\Big (}(R_ {\mathsf {fuente}}+jX_{\mathsf {fuente}})-(R_{\mathsf {cargar}}+jX_{\mathsf {cargar}}){\Grande )}}}

jX_{\mathsf {C}}=(R_{\mathsf {carga}}+jX_{\mathsf {carga}}){\sqrt {\frac {(R_{\mathsf {fuente}}+jX_{ \mathsf {fuente}})}{(R_{\mathsf {carga}}+jX_{\mathsf {carga}})-(R_{\mathsf {fuente}}+jX_{\mathsf {fuente}})}} }

En este circuito de ejemplo, $X$ _L y $X$ _C podrían intercambiarse. Todos los circuitos ATU a continuación crean esta red, que existe entre sistemas con diferentes impedancias.

Por ejemplo, si la fuente tiene una impedancia resistiva de 50 Ω y la carga tiene una impedancia resistiva de 1000 Ω:

jX_{\mathsf {L}}={\sqrt {(50)(50-1000)}}={\sqrt {(-47500)}}

X_{\mathsf {L}}=217,94\,{\mathsf {\Omega }}

X_{\mathsf {C}}=1000{\sqrt {\frac {50}{(1000-50)}}}=1000\,\times \,0.2294\,{\mathsf {\Omega }} =229,4\,{\mathsf {\Omega }}

Si la frecuencia es 28 MHz, porque $X_{\mathsf {C}}={\frac {1}{2\pi fC}}$

conseguir, $2\pi fX_{\mathsf {C}}={\frac {1}{C}}$

Entonces, ${\frac {1}{2\pi fX_{\mathsf {C}}}}={\frac {1}{2\times 3.1416\times 28\cdot 10^{6}\,{\mathsf {Hz}}\veces 217,94\,{\mathsf {\Omega }}}}=C=24,78\,{\mathsf {pF}}~.$

Y porqué $\,X_{\text{L}}=2\pi fL\,$

conseguir $\,L={\frac {X_{\mathsf {L}}}{2\pi f}}=1.239\,{\mathsf {\text{μH}}}~.$

Teoría y práctica de la red 'L'

Diagramas esquemáticos de dos redes coincidentes con la misma impedancia. — Dos redes en un circuito; ambos tienen la misma impedancia

Una red en paralelo, que consta de un elemento resistivo (1000 Ω ) y un elemento reactivo (-j 229,415 Ω ) , tendrá la misma impedancia y factor de potencia que una red en serie que consta de elementos resistivos (50 Ω ) y reactivos (-j 217,94 ) . Ω ).

Diagramas esquemáticos de tres redes coincidentes, todas con la misma impedancia. — Tres redes en un circuito, todas con la misma impedancia

Agregando otro elemento en serie (que tiene una impedancia reactiva de + j 217,94 Ω ), la impedancia es de 50 Ω (resistiva).

Tipos de redes 'L' y sus usos

Esquemas para las ocho configuraciones de red en 'L'

Las 8 posibles redes 'L' y sus usos. El valor de la resistencia de la antena en derivación o paralela (

R

) y la reactancia inductiva (

L

) o capacitiva (

C

) ^[m] se refieren a la antena o al final de su línea de alimentación (la "carga") conectada a la derecha. La radio correspondiente (la "fuente") conectada a la izquierda, se presume que tiene 50 ohmios ^[n] sin reactancia. Las redes impares en la columna del extremo izquierdo se denominan redes "reductoras" porque reducen la resistencia aparente de la antena que se ve en la conexión de radio. Las redes pares en la columna central están "intensificadas" porque aumentan la resistencia aparente de la antena que se ve en la radio.

Hay ocho configuraciones diferentes de componentes para una red 'L', que se muestran en las columnas izquierda y central de los diagramas de la derecha, marcadas con los números del 1 al 8 con los colores correspondientes. La columna de la derecha son tres versiones del mismo gráfico de Smith , que muestra la resistencia de la antena ( $R$ ) aumentando hacia la derecha en el eje horizontal, con los 50 ohmios convencionales en el punto central. _{La reactancia de la antena varía a lo largo de} la dirección vertical, con una reactancia inductiva creciente ( $XL ,$ _{convencionalmente} positiva) que va hacia arriba desde la línea central del círculo grande, y una reactancia capacitiva ( $XC$ , convencionalmente negativa) que aumenta hacia abajo. La línea horizontal que atraviesa el centro del círculo grande está libre de reactancia. ^[metro]

Qué red 'L' usar

Si se traza una impedancia de carga en una tabla de Smith , caerá en una de las cuatro regiones que se muestran: mitad superior (cabeza de hacha redondeada), mitad inferior ,  círculo interno izquierdo $\circ ⃝$ y $\circ ⃝$ , y círculo interno derecho. -circula $◯⃘$ y $◯⃘$ . ^[17] Para una impedancia compleja que cae en cualquier parte del gráfico, se pueden usar dos o cuatro redes 'L' diferentes, por lo que el usuario puede elegir otros criterios para decidir cuál de las dos o cuatro redes usar. Las impedancias que caen en cualquiera de los dos círculos internos, $\circ ⃝$ (y $\circ ⃝$ ) o $◯⃘$ (y $◯⃘$ ), pueden combinarse con dos redes 'L' diferentes (paso alto y paso bajo), y cada una de las medias labryses y , permiten cuatro. $\color {Naranja}{\boldsymbol {\overset {\frown }{\curlyvee }}}$ $\color {Bígaro}{\boldsymbol {\underset {\smile }{\curlywedge }}}$ $\color {Naranja}{\boldsymbol {\overset {\frown }{\curlyvee }}}$ $\color {Bígaro}{\boldsymbol {\underset {\smile }{\curlywedge }}}$

Cada región está codificada por colores y marcada con los números correspondientes para indicar qué redes se pueden usar para igualar una impedancia en esa región. Por ejemplo, una impedancia que cae dentro del círculo interior derecho (ya sea verde , $◯⃘$ o amarillo , $◯⃘$ , etiquetado como "R > 50" ) se puede hacer coincidir usando las redes 1 o 3. ^[n]^[m]

Configuraciones "intensificar" y "reducir"

Las dos columnas de redes se denominan "reducir" (izquierda) y "subir" (centro). El sentido del "paso" metafórico es siempre de la antena a la radio; En todos los diagramas de este artículo, esa dirección es de derecha a izquierda. ^[o]

Todas las redes con forma $de ─┬$ están en la columna de la izquierda, marcadas con números impares, son redes "reductoras": El valor de resistencia en serie proveniente de la antena, que se conecta a la derecha, se transforma en una parte resistiva paralela inferior que va en la conexión de radio de la izquierda.
Todas las redes en forma de $┬─$ en la columna del medio, marcadas con números pares, son "incrementadas": la resistencia paralela o "en derivación", que entra en la conexión del lado derecho de la antena, se transforma en una serie superior Resistencia que sale de la conexión de radio de la izquierda.

Aunque en la mayoría de la electrónica suele ser un error comparar una resistencia en serie con una resistencia en paralelo, en este caso especial resulta correcto.

Debido a que la radio no tiene reactancia (ni susceptancia), sus resistencias en serie y en paralelo son las mismas. Entonces, para estas reglas sobre la orientación de una red 'L', el lado de la radio siempre es de 50 Ω , independientemente de si está conectado al lado serie o paralelo de la red. Si la descripción anterior, o una regla a continuación, requiere el uso de una resistencia en serie o en paralelo en el lado del radio, es de 50 Ω, lo que sea. Sin embargo, en el lado de la antena , suelen ser diferentes: si la impedancia de la antena tiene alguna reactancia (o equivalentemente, su admitancia tiene alguna susceptancia ), entonces la resistencia en paralelo será mayor que la resistencia en serie; Para elegir la orientación es importante tener en cuenta el valor correcto de resistencia en el lado de la antena. (La forma paralela de resistencia es siempre un número mayor que la forma en serie. Las fórmulas de la sección siguiente se pueden usar para convertir entre ellas).

A pesar de que comparar valores en paralelo y en serie suele ser un error, compare los 50 Ω de la radio con la resistencia en serie o en paralelo de la antena, en cualquier sentido opuesto al lado de la red 'L' que se conectará a la antena. Hay varias formas diferentes de recordar cómo determinar qué orientación de red 'L' usar. Aquí hay algunos. Elija una de las reglas, o busque otra en otro lugar, que le parezca más fácil de usar:

El lado al que se conecta el elemento "derivación" ( $┬$ , el componente que se conecta a tierra) tiene la resistencia paralela más alta , en comparación con la resistencia en serie de lo que está conectado al sitio opuesto de la red.
Si la resistencia en serie de la antena es mayor que los 50 Ω de la radio , debe conectarse al elemento paralelo ( radio $─$ $┬$ $ant$ $.$ , la pata vertical, que apunta hacia el suelo); Si la resistencia paralela de la antena es inferior a los 50 Ω de la radio, debe conectarse al elemento en serie ( radio $┬$ $─$ ant . , el lado puntiagudo y horizontal, sin conexión a tierra).
Para orientar la red, la resistencia comparada en el lado con el elemento en serie es siempre la resistencia paralela , es decir, lo opuesto al elemento en serie de la red al que se está conectando. La resistencia comparada en el lado con el elemento paralelo de la red es la resistencia en serie , al igual que el tipo opuesto.
En ambos casos, el elemento paralelo (o "derivación" ) (el elemento vertical, llamado "parte posterior" en las descripciones del circuito sintonizador, a continuación) está en el lado con la resistencia en serie más alta . El elemento en serie (el extremo horizontal o "punta puntiaguda") se conecta a una resistencia paralela cuyo valor numérico es mayor que la resistencia en serie en el lado opuesto.
Si uno piensa que la forma de 'L' parece un dedo ( $☜ ─ ┬$ y $☞$ $┬$ $─$ ), entonces el dedo apunta "hacia abajo", de la serie alta a la resistencia paralela baja : de la resistencia serie a la paralela y de la resistencia alta a la baja. valor. (Repita: la red "apunta" hacia la resistencia paralela cuyo valor es el número más bajo , en comparación con el lado al que apunta, que tiene una resistencia en serie cuyo valor es el número más alto ). 
El puño de la mano es más grande que el dedo: el lado del "puño" se conecta a la resistencia en serie más alta; el lado del "dedo" se conecta a la resistencia paralela más pequeña .

Limitaciones del instrumento de medición

Los medidores de ROE comúnmente usados no indican impedancia compleja, por lo que no son muy útiles para determinar cuál de las redes 'L' se puede usar para la coincidencia necesaria. Los analizadores de antena , sin embargo, pueden mostrar por separado las partes resistiva y reactiva de la impedancia de la antena y son adecuados para seleccionar la orientación de una red en 'L'. Los analizadores más convenientes son capaces de alternar entre representación en serie y en paralelo, y también pueden trazar la impedancia compleja de la antena en una pantalla de gráfico Smith, que luego se puede comparar con los esquemas de red y los gráficos Smith correspondientes que se muestran arriba. .

Si un instrumento indica la impedancia en serie compleja, pero no el equivalente en derivación (paralelo), entonces se puede usar una calculadora manual programada o una hoja de cálculo, o una calculadora en línea ^[18] o las fórmulas ^[19] que se muestran a continuación para realizar la conversión a la valores paralelos. ^[p] Las fórmulas para calcular la impedancia en serie o en paralelo (shunt) en el caso obligatorio de que ninguna de las resistencias ( $R$ ) sea cero, caso habitual en el que ninguna de las reactancias ( $X$ ) sea cero, son las siguientes:

Q_{\mathsf {s}}\equiv {\frac {\ X_{\mathsf {series}}\ }{R_{\mathsf {series}}}}={\frac {R_{\mathsf {paralelo }}}{\ X_{\mathsf {paralelo}}\ }}\ ;

R_{\mathsf {paralelo}}=R_{\mathsf {series}}\cdot \left(\ 1+Q_{\mathsf {s}}^{2}\ \right)\ ,\qquad ~~ ~\;R_{\mathsf {series}}={\frac {R_{\mathsf {paralelo}}}{\ \left(\ 1+Q_{\mathsf {s}}^{2}\ \right)\ }}\ ;

X_{\mathsf {paralelo}}=X_{\mathsf {series}}\cdot {\frac {\left(\ 1+Q_{\mathsf {s}}^{2}\ \right)\ } {Q_{\mathsf {s}}^{2}}},\qquad X_{\mathsf {series}}=X_{\mathsf {paralelo}}\cdot {\frac {Q_{\mathsf {s}}^ {2}}{\ \left(\ 1+Q_{\mathsf {s}}^{2}\ \right)\ }}~.

Si uno o no es cero, entonces ambos son del mismo tipo de reactancia: ambos capacitivos o ambos inductivos. Si se tiene esto en cuenta, se puede prescindir de las convenciones de signos; sin embargo, la convención estándar es hacer que las reactancias capacitivas sean negativas, y en ese caso el valor de también será negativo, pero como está al cuadrado, el signo no afectará estas fórmulas. $\ X_{\mathsf {serie}}\$ $\ X_{\mathsf {paralelo}}\$ $\ Q_{\mathsf {s}}\$

En el caso especial cuando la reactancia en serie entonces La fila central de las fórmulas de resistencia sigue siendo buena: muestran que las resistencias en serie y en paralelo se vuelven iguales. Sin embargo, cuando la fórmula de la fila inferior izquierda para la reactancia en paralelo de la reactancia en serie falla (se vuelve singular : error de división por cero). La respuesta se puede resolver de otra manera, reconociendo la tendencia a medida que se hace más pequeña (más cerca de ser realmente cero): la reactancia paralela se vuelve tan grande que bloquea toda la corriente, como si no estuviera conectada (impedancia nominalmente infinita, lo mismo que una impedancia abierta) . circuito /sin conexión); la fórmula de la reactancia en serie todavía funciona y la reactancia en serie desaparece, dejando solo la parte resistiva de la impedancia. En efecto, una impedancia cero es lo mismo que un cable conductor simple (impedancia cero en ausencia de resistencia, lo mismo que una conexión de cortocircuito ). $\ X_{\mathsf {serie}}=0\ ,$ $\ Q_{\mathsf {s}}=0~.$ $\ Q_{\mathsf {s}}=0\ ,$ $\ Q_{\mathsf {s}}$

El caso poco realista en el que cualquiera de las resistencias es cero ni siquiera tiene interés académico: cualquier antena con resistencia total cero no es funcional (ver resistencia a la radiación ).

Criterios de selección adicionales

Las redes 1 a 4, que se muestran en las dos filas superiores, utilizan un inductor y un condensador; el par con un inductor en serie ( 1 $┬─$ y 2 $─┬$ ) son de paso bajo; los dos siguientes, con el condensador en serie ( 3 $┬─$ y 4 $─┬$ ), son de paso alto. Se ha preferido el paso bajo de Cusomarilly con un transmisor, para atenuar posibles armónicos por encima de la frecuencia coincidente. La configuración de paso alto que se muestra en la segunda fila ( 3 y 4 ) se puede elegir si los valores de los componentes requeridos son más convenientes, o si la radio ya contiene un buen filtro de paso bajo interno, o si la atenuación de las bajas frecuencias es deseable. ^[r]

En algunos casos, puede ser deseable que la red pase a través de corrientes CC utilizadas para alimentar los dispositivos en las antenas, como interruptores de relé, o bloquear la CC utilizada para esos dispositivos para que no llegue al transmisor. Por lo tanto, el componente en serie (horizontal) debe ser un inductor ( $L$ ) para pasar CC o un condensador ( $C$ ) para bloquear CC. Además, puede resultar útil adelantar o retrasar el cambio de fase en la red (ver más abajo).

Las redes 'L' automáticas y manuales suelen utilizar la red 1 o 2 . ^{[s] Muchos sintonizadores comerciales incluyen un}interruptor SPDT simple que conecta el componente vertical (derivación, $C$ ) al lado izquierdo o derecho del componente horizontal (serie, $L$ ), lo que hace que ambas redes 1 $┬─$ y 2 $─┬$ estén disponibles con la misma transmatch ^[20] (ver esquema, arriba a la derecha). Como lo muestran las secciones verde y roja del gráfico de Smith superior, estas dos redes juntas pueden manejar todas las cargas posibles. ^[q] Del mismo modo, las partes amarilla y azul del diagrama de Smith del medio muestran que una de las redes 3 o 4 (esquema, parte inferior derecha) puede coincidir con cualquier carga. ^[q]

Ejemplo de bucle pequeño: Cargas como un pequeño bucle de transmisión pueden ser altamente inductivas. La impedancia caerá dentro de la región del gráfico de Smith dominada por la reactancia inductiva ( mitad labrys superior sombreada en naranja , etiquetada como " $L$ dominante"). Además de las redes 1 y 4 , pueden utilizar las redes de condensadores 5 o 6 de bajas pérdidas . ^[t] $\color {Naranja}{\boldsymbol {\overset {\frown }{\curlyvee }}}$

Ejemplo de látigo corto: Las antenas verticales cortas, como las que se utilizan para móviles de HF , están dominadas por la reactancia capacitiva ( mitad larys inferior sombreada de color púrpura , etiquetada como " $C$ dominante"), además de las redes 2 y 3 , se pueden combinar fácilmente con redes de solo inductor 7 u 8 , que es similar (pero no idéntico) a conectar dos grifos en una sola bobina conectada a tierra en la base del látigo. $\color {Bígaro}{\boldsymbol {\underset {\smile }{\curlywedge }}}$

Q y cambio de fase

A diferencia de las redes más complicadas, que se describen a continuación, la red 'L' no permite la elección independiente de Q de funcionamiento ni cambio de fase. $Un Q$ alto implica menos pérdidas, pero también un ancho de banda operativo estrecho. La red 'L' $Q$ se fija en la media geométrica de las impedancias de entrada y salida, por lo que es mayor cuando las impedancias a combinar son muy diferentes.

Se puede hacer un cambio de fase para adelanto o retraso eligiendo una red alternativa, pero al igual que $Q$ , para las redes 'L' su valor está fijado por la relación de impedancia, y lo más probable es que ninguna de las dos o cuatro redes posibles proporcione ambas. un cambio de fase deseado y la impedancia correcta coinciden con el mismo ajuste. Sin embargo, transmitir desde una sola antena no requiere cambiar la fase: el cambio de fase sólo es importante si se van a alimentar dos o más cargas, como los conjuntos de antenas de mástil utilizadas por muchas estaciones AM de alta potencia . ^[7]^{(pág. 1211)}

Afinadores desequilibrados de tres componentes

A diferencia de las redes 'L' de dos elementos, los circuitos que se describen a continuación tienen tres o más componentes y, por lo tanto, tienen muchas más opciones de inductancia y capacitancia que producirán una coincidencia de impedancia, aunque desafortunadamente incluyen algunas malas opciones. ^[12] Los dos objetivos principales de un buen partido son:

para minimizar las pérdidas en el circuito de adaptación, y
para maximizar el ancho de banda , por ejemplo, el rango más amplio de frecuencias que coincidan tolerablemente bien.

Para obtener buenas coincidencias y evitar malas, con cada combinación de antena y circuito coincidente, el operador de radio debe experimentar, probar y usar su criterio para elegir entre los muchos ajustes que coincidan con las mismas impedancias ( consulte la regla de capacitancia máxima a continuación ).

Todos los diseños con tres o más elementos también permiten una elección un tanto independiente de cuánto desplaza la fase la unidad correspondiente. ^[22] Dado que la coincidencia de fases es un tema avanzado, principalmente de uso para conjuntos de transmisión de múltiples torres , se omite aquí por brevedad. En el Antenna Engineering Handbook ^[6] y en el NAB Engineering Handbook se ofrece un buen resumen del cambio de fase mediante redes coincidentes . ^[7]

Todas las redes coincidentes en esta sección pueden entenderse como compuestos de dos redes 'L'. Las descripciones de cada red a continuación desglosan la red en sus redes 'L' componentes del cuadro de la sección anterior; aunque esa información de diseño puede ser "es bueno saberla", no es "necesaria saberla", y esa parte de la línea que coincide con la descripción de la red puede omitirse.

Red 'T' de paso alto

La transadaptación de red 'T' de paso alto ahora es común para los sistemas de transmisión de onda corta

Esta configuración es actualmente popular porque en frecuencias de onda corta es capaz de igualar un amplio rango de impedancia con capacitores en tamaños comúnmente disponibles. Sin embargo, es un filtro de paso alto y no atenuará la radiación espuria por encima de la frecuencia de corte tan bien ^[12] como otros diseños (consulte las secciones de la red 'T' de paso bajo y la red 'π', a continuación). Debido a sus bajas pérdidas y su simplicidad, muchas ATU caseras y comerciales sintonizadas manualmente utilizan este circuito. ^[12] La bobina de sintonización normalmente también es ajustable (no se muestra).

La red 'T' que se muestra aquí puede analizarse como una red 'L' reductora de paso alto en el lado de entrada que se alimenta a una red 'L' elevadora de paso alto en el lado de salida ( $─┬$ $┬─$ ). Como todas las redes 'T', el patrón de impedancia interna es bajo $─┬$ alto $┬─$ bajo : la impedancia en el centro es al menos tan alta como la mayor de las impedancias de entrada y salida, por lo tanto, el voltaje dentro de la red es al menos tan alto como tan alto como el voltaje más alto en sus conexiones a cada lado. Los dos inductores verticales (en derivación) uno al lado del otro en el circuito conjunto se combinan en un solo inductor equivalente.

Red 'T' de paso bajo

Esta configuración es popular para sistemas de transmisión de onda media , ya que requiere un capacitor en derivación en tamaños comúnmente disponibles, mientras que la forma de paso alto, si se usa en las mismas frecuencias, requeriría capacitores excepcionalmente grandes en sus secciones en serie. Debido a que es un filtro de paso bajo, esta red eliminará efectivamente la radiación armónica espuria por encima de su frecuencia sintonizada esencialmente igual de bien que cualquier otro diseño, y las emisoras de AM están sujetas a una vigilancia más estricta y sanciones financieras mayores por interferencia con las señales de otras estaciones comerciales que los aficionados que operan en ondas cortas lo son.

Además, en frecuencias medias (MF), el uso de inductores como elementos en serie es conveniente de varias maneras: los inductores izquierdo y derecho, que pueden necesitar ser aproximadamente 10 veces más grandes que los utilizados en circuitos de HF , se fabrican fácilmente a mano con materiales comúnmente utilizados. tubos de cobre disponibles, y en el rango MF más bajo , las molestas pérdidas resistivas en la bobina en HF se reducen aproximadamente entre 5 y 10 dB . También es preferible utilizar inductores para los elementos en serie para MF, ya que las antenas factibles tienden a ser cortas y, por lo tanto, muestran una molesta reactancia capacitiva ; la reactancia contraria necesaria se puede proporcionar fácilmente simplemente haciendo que la bobina del lado de la antena sea extra grande.

Al igual que la red 'T' de paso alto de la sección anterior, esta red de paso bajo también se puede analizar como una red 'L' reductora en el lado de entrada que alimenta una red 'L' elevadora en el lado de salida. ( $─┬ ┬─$ ). El patrón de impedancia es nuevamente bajo $─┬$ alto $┬─$ bajo , con una impedancia / voltaje tan alto o mayor en el centro de la red que la más alta de las conexiones en cada lado.

Los dos capacitores uno al lado del otro de las dos redes 'L' se fusionan en la red conjunta en un solo capacitor con la misma capacitancia total. La única distinción real entre la red de paso alto anterior y este diseño de paso bajo es que en esta red se intercambia la ubicación de los inductores y condensadores en la red.

Ejemplo de caso de una red 'T' de paso bajo

A la derecha se muestra un esquema de ejemplo para hacer coincidir con la red 'T' de paso bajo.

La carga mide _{la carga} $Z$ = 200 Ω − $j$ 75 Ω con 200 Ω (sin $j$  ) que representa la parte resistiva real, y − $j$   75 Ω la parte capacitivamente reactiva de la _carga $Z$ de impedancia combinada . Conceptualmente, el − $j$ 75 Ω se puede cancelar agregando un inductor en serie con + $j$   75 Ω reactancia. Al hacerlo, quedan 200 Ω puramente resistivos (reales) que se deben combinar con 50 Ω.

La adaptación de resistencia se realiza con un circuito que imita un transformador de impedancia de cuarto de onda de 100 Ω , que consta de dos inductores con una reactancia de + $j$ 100 Ω y un condensador en derivación con − $j$ 100 Ω.   El circuito transformador de estilo cuarto de onda utiliza reactancias iguales y opuestas, cada una de las cuales es la media geométrica de las dos resistencias que se deben igualar:

\ {\sqrt {\ 50\ {\mathsf {\Omega }}\ \times \ 200\ {\mathsf {\Omega }}\;}}={\sqrt {\ 10\,000\ {\mathsf {\Omega }}^{2}\;}}=100\ {\mathsf {\Omega }}~.

El inductor de salida de la red de cuarto de onda se puede fusionar con el inductor utilizado para cancelar la reactancia de la carga, reemplazando el par con un inductor con la suma de las dos inductancias. La red final tendrá + $j$ 100 Ω para el inductor de entrada, − $j$ 100 Ω para el capacitor y + $j$ 175 Ω para el inductor de salida.

Esta solución de estilo cuarto de onda provocará un cambio de fase de 90 grados. Si la fase de salida es importante, entonces se puede utilizar una de las muchas otras soluciones posibles para la capacitancia y dos inductancias. ^[22] Esta solución utiliza una configuración de paso bajo. Intercambiar los inductores y condensadores y ajustar adecuadamente sus reactancias daría una configuración de paso alto.

Red '' de paso bajo

La red de paso bajo '

π

También se puede utilizar una red ' $π$ ' ( pi ) ; es el conjugado eléctrico ^[u] de la red 'T' de paso bajo que se muestra en la subsección anterior. Esta ATU tiene una atenuación de armónicos excepcionalmente buena y se incorporó a la etapa de salida de transmisores "antiguos" basados en válvulas y en muchos amplificadores de RF modernos basados en válvulas. Sin embargo, el circuito ' $π$ ' estándar no es popular para sintonizadores de antena multibanda independientes, ya que los condensadores variables necesarios para las bandas de aficionados de 160 my 80/75 m son prohibitivamente grandes y costosos.

La red ' $π$ ' que se muestra aquí puede describirse matemáticamente como una red 'L' elevadora de paso bajo en el lado de entrada que alimenta una red 'L' reductora de paso bajo en el lado de salida ( $┬─ ─┬$ ) . El patrón de impedancia es alto $┬─$ bajo $─┬$ alto , por lo tanto, la impedancia interior debe ser al menos tan baja como la más baja de las impedancias de entrada y salida: Como impedancia baja o menor / corriente alta o mayor en el centro, dentro de la red, como en cualquier lado. Los dos inductores de punta a punta en el circuito unido se reemplazan por un solo inductor con la misma inductancia total.

La red '' modificada de Drake

Una versión modificada de la red ' $π$ ' es más práctica ya que utiliza un condensador de entrada fijo (el más a la izquierda), que puede ser de varios miles de picofaradios, lo que permite que los condensadores variables (los dos de la derecha) sean más pequeños. Un interruptor de banda (no mostrado) configura el inductor y el capacitor de entrada del lado izquierdo (que se muestran como componentes fijos en el esquema ). ^[23] Este circuito se utilizó ampliamente en sintonizadores de línea comerciales que cubrían 1,8–30 MHz fabricados antes de la popularidad de la red 'T' más simple, arriba. ^[24]

En todos los circuitos sintonizadores de antena, cada uno de los ajustes disponibles afecta tanto a la parte reactiva como a la resistiva de la adaptación de impedancia. $El circuito de red ' π$ ' modificado de Drake es algo inusual en ese sentido: para una configuración dada del interruptor de banda, el capacitor en serie superior derecho ajusta principalmente la parte reactiva de la adaptación de impedancia, y el capacitor en derivación inferior derecho afecta principalmente la parte resistiva. parte de la coincidencia de impedancia. Esto hace que sea más fácil estimar cómo ajustar las dos configuraciones variables del capacitor, cuando el operador conoce el tipo y la ubicación de la frecuencia resonante de la antena más cercana a la frecuencia operativa de la radio.

También se puede ver como dos redes en 'L' acopladas de adelante hacia atrás: una red elevadora de paso bajo de capacitor-inductor a la izquierda, que alimenta una red elevadora de capacitor-condensador a la derecha ( $┬─ ┬─$ ). El patrón de impedancia normal es alto $┬─$ intermedio $┬─$ bajo . Mientras el condensador de derivación del lado de radio, a la izquierda, no esté "fijado" a su valor más bajo, el centro de la red tiene una impedancia entre las impedancias de su entrada y salida, por lo tanto, el voltaje y la corriente moderados que se encuentran entre la antena y las conexiones de radio. Con todas las configuraciones moderadas, la tendencia "natural" de esta red es transformar la resistencia hacia abajo, de la radio a la antena. Una forma de transformarse hacia arriba es configurar sus ajustes en un extremo extraño, con el condensador de la izquierda configurado en, o cerca de, su capacitancia más baja (alta reactancia) para que casi desaparezca de la red. Los tres componentes restantes se aproximan a una red virtual en 'T' con una forma inductor-condensador-condensador de aspecto inusual; La 'T' virtual se puede configurar como se indica arriba, con un patrón bajo-alto-bajo , con el lado bajo del lado de la antena más alto que el lado bajo del radio , y ambos más bajos o tan bajos como la impedancia central, lo que a su vez tener voltajes al menos tan altos como la mayor de las conexiones de entrada y salida.

sintonizador SPC

Diagrama esquemático del sintonizador de antena SPC — Esquema de transmatch de SPC. Aunque no se muestra, el inductor normalmente es ajustable. ^[25]^[26]

El condensador en serie paralelo o sintonizador SPC utiliza un circuito de paso de banda que puede actuar tanto como acoplador de antena como preselector . Debido a que es un circuito de paso de banda, el sintonizador SPC tiene una supresión de armónicos mucho mejor que la combinación 'T' de paso alto anterior, pero utiliza condensadores de sintonización de costo similar; su rendimiento es mejor que el circuito "Ultimate" a continuación. La supresión de armónicos del SPC sólo es superada por los sintonizadores de red de paso bajo 'T' y ' $π$ ', descritos anteriormente, y sólo cuando el SPC se ajusta a favor de bajas pérdidas en lugar de ancho de banda estrecho. ^[25]^[26]

Con el sintonizador SPC, las pérdidas serán algo mayores que con la red 'T', ya que el condensador puesto a tierra desviará parte de la corriente reactiva a tierra, que debe neutralizarse al menos parcialmente con aún más corriente a través del inductor para agregar reactancia contraria. ^[27]^[26] Una desventaja es que la inductancia efectiva de la combinación bobina-condensador es mayor que la de la bobina sola, lo que permite el funcionamiento a frecuencias más bajas de lo que sería posible de otro modo. ^[25]

El circuito SPC es equivalente a un par de redes 'L' consecutivas: un condensador de paso alto - una red reductora de inductor en el lado de entrada que alimenta un condensador - una red elevadora de condensador en el lado de salida ( $─┬$ ┬ ─ ). La combinación del inductor vertical (en derivación) y el capacitor en derivación paralelo a él es un circuito de tanque que conecta a tierra las señales desafinadas. Cuando se sintoniza para aprovechar esa acción, el circuito del tanque convierte al SPC en un filtro de paso de banda que elimina los armónicos tan efectivamente como las redes de paso bajo 'T' y 'π', aunque el SPC requiere un ajuste cuidadoso para obtener mejores resultados de banda estrecha, mientras que Las redes de paso bajo son efectivas para bloquear armónicos en cualquier configuración coincidente.

El patrón de impedancia interna es el mismo patrón bajo $─┬$ alto $┬─$ bajo que se encuentra en las redes de coincidencia 'T', arriba, con una impedancia central más alta (por lo tanto, un voltaje más alto) que la conexión de entrada o salida. La transformación de impedancia se produce a través del paso desde la impedancia de señal baja nominal en el lado de la antena hasta la alta en el centro de transmisión, siendo ya sea un mayor aumento (por lo tanto, "aumentar" de la antena a la radio) o un aumento menor (por lo tanto, o "reducir") ") que la caída desde el máximo en el centro hasta el mínimo en el lado de la radio. $\ R_{\mathsf {ant\ side}}<50\ {\mathsf {\Omega }}\ ,$ $\ R_{\mathsf {ant\ side}}>50\ {\mathsf {\Omega }}\ ,$

Transmatch definitiva

Originalmente, la transmisión Ultimate se promovió como una forma de hacer que los componentes fueran más manejables en las frecuencias de interés más bajas y también para obtener cierta atenuación armónica. En la ilustración de la derecha se muestra una versión de la red de transmatch Ultimate de McCoy. ^[28]^[26] El circuito ahora se considera obsoleto; Los objetivos de diseño se lograron mejor con la red de condensadores en serie-paralelo (SPC) , que se muestra arriba, ^[26] utilizando piezas idénticas. ^[25]

El circuito 'Ultimate' tiene la misma topología general de adelante hacia atrás ( $┬─ ┬─$ ) que el Drake modificado ' $π$ ', arriba, pero con un componente 'L' de paso alto (en lugar de un componente de paso bajo) que se coloca en el lado de salida en lugar de la entrada. Desafortunadamente, al usar un capacitor agrupado, con un solo ajuste y con ese componente 'L' capacitor-condensador agrupado colocado en el lado de entrada, el capacitor izquierdo no puede ayudar apreciablemente a igualar la impedancia ni reducir adecuadamente la salida de armónicos. ^[26] Al igual que el ' $π$ ' modificado de Drake, su patrón de impedancia es alto $┬─$ intermedio $┬─$ bajo , por lo que para entornos moderados tiene una tendencia "natural" a transformar las resistencias hacia abajo, con voltajes y corrientes dentro de la red que se encuentran en entre aquellos en sus conexiones del lado de la radio y la antena. No está claro qué tan bien puede transformar la resistencia de radio hasta una impedancia de antena más alta.

Versiones balanceadas de circuitos sintonizadores no balanceados.

Las secciones anteriores sólo analizan redes diseñadas para líneas no balanceadas; Esta sección y todas las secciones siguientes tratan sobre afinadores en general o afinadores para líneas balanceadas.

Las líneas de transmisión balanceadas (línea abierta) requieren un sintonizador que tenga dos terminales de salida "calientes", en lugar de un terminal "caliente" y uno "frío" (conectado a tierra). Dado que todos los transmisores modernos tienen una salida no balanceada (coaxial), casi siempre de 50 Ω , el sistema más eficiente es que el sintonizador proporcione una transformación balun (de balanceado a no balanceado), además de proporcionar una adaptación de impedancia. ^[24]

Existe un método estándar simple para convertir cualquiera de los circuitos sintonizadores no balanceados descritos en la sección principal anterior en una versión balanceada del mismo circuito ( ver circuito balanceado ). El diagrama de la derecha muestra redes no balanceadas de paso bajo en la fila superior (una red en 'L' en la columna de la izquierda, una red en 'T' en la columna de la derecha), encima de sus versiones balanceadas equivalentes en la fila inferior.

Los sintonizadores "intrínsecamente equilibrados" disponibles comercialmente se fabrican como versiones equilibradas de circuitos 'L', 'T' y ' $π$ '. ^[24] Su inconveniente es que los componentes utilizados para cada uno de los dos canales de salida deben combinarse y conectarse en pares cuidadosamente, de modo que ajustarlos provoca un cambio de sintonización idéntico en ambos lados "calientes" del circuito. Por lo tanto, la mayoría de los afinadores "intrínsecamente equilibrados" son mucho más difíciles de fabricar y más del doble de caros que los afinadores no equilibrados.

Tomas de tensión equilibrada en la bobina de un circuito desequilibrado

Incluso con un transformador de un solo devanado, algunos diseños de transadaptación no balanceados se pueden adaptar para crear una salida balanceada sin la necesidad de dos devanados independientes: ^[24] La mayoría de las redes de adaptación incluyen una bobina , y esa bobina puede aceptar o producir voltaje balanceado en la antena. lado si los puntos de derivación de la alimentación de la antena están colocados simétricamente encima y debajo del punto eléctricamente neutro de la bobina (por lo que la bobina debe estar conectada a tierra en algún lugar cerca de su centro).

El efecto es forzar voltajes equilibrados, en lugar de las corrientes equilibradas deseadas. ^[v]

Esta técnica se experimentó en los primeros años del siglo XX, pero parece que ya no se utiliza. ^{[ cita necesaria ]} Este artículo no incluye ningún diseño de circuito de este tipo hasta el momento.

Transformadores sintonizados para combinar con líneas balanceadas

Se han utilizado todas las siguientes redes balanceadas para la coincidencia de líneas. Muchos están enumerados en ediciones antiguas del ARRL Antenna Book ^[3]^[4] y ARRL Handbook for Radio . ^[5] Todos los circuitos de adaptación de línea en esta sección son redes de tipo transformador sintonizado ; Ninguno de los diseños siguientes son versiones balanceadas de ninguno de los circuitos no balanceados descritos anteriormente.

Enlace fijo con grifos.

El enlace fijo con grifos es el circuito más básico. El factor $Q$ será casi constante y lo establece el número de vueltas relativas en el enlace de entrada. La coincidencia se encuentra sintonizando el condensador y seleccionando derivaciones en la bobina principal, lo que se puede hacer con un interruptor que accede a varias derivaciones o moviendo físicamente los clips de una vuelta a otra. Si las vueltas de la bobina principal se cambian para pasar a una frecuencia más alta o más baja, las vueltas del enlace también deberían cambiar. La posición estándar de los puntos de fijación de los grifos de las bobinas es simétrica. Ambos puntos de derivación están igualmente espaciados desde el centro de la bobina, y cuando se mueven las conexiones, se mueven la misma distancia en direcciones opuestas: o ambos puntos de derivación se alejan del centro de la bobina, o ambos puntos de derivación se mueven hacia el centro de la bobina por la misma distancia.

Afinador de horquilla

El sintonizador de horquilla (derecha) es efectivamente el mismo circuito eléctrico que el enlace fijo con grifos , arriba, pero utiliza inductores de "horquilla" (una línea de transmisión roscada, en cortocircuito en el otro extremo) en lugar de inductores en espiral. ^[4]^{(p. 24⸗12)} Mover los puntos de toma a lo largo de la horquilla permite un ajuste continuo de la transformación de impedancia, lo cual es difícil en una bobina de solenoide.

Es útil para longitudes de onda muy cortas de aproximadamente 10 metros a 70 cm (frecuencias de aproximadamente 30 MHz a 430 MHz ), donde un inductor enrollado tendría muy pocas vueltas para permitir un ajuste fino. Estos sintonizadores normalmente funcionan en un rango de frecuencia de 2:1 como máximo.

Eslabón oscilante con grifos.

El enlace oscilante con derivaciones modifica el enlace fijo con derivaciones montando el devanado primario en una plataforma móvil ("oscilante") que se puede acercar o alejar del transformador. El eslabón oscilante es una forma de transformador variable que cambia la inductancia mutua de las bobinas al hacer girar la bobina primaria hacia adentro y hacia afuera del espacio entre las mitades de la bobina secundaria.

Engranar el devanado primario más completamente dentro del devanado secundario también permite un ajuste fino con menos tomas de bobina (una modificación de circuito efectivamente similar y menos complicada, que se menciona a continuación, es colocar un capacitor en serie con el primario). La inductancia variable hace que estos sintonizadores sean más flexibles que el circuito básico, pero con cierto costo en complejidad, tanto en términos de construcción como en términos de lidiar con más ajustes posibles. Convencionalmente, los puntos de derivación conectados en la bobina secundaria se colocan simétricamente alrededor del centro de la bobina.

Transformador de doble sintonización

Emparejamiento de redes usando un transformador de doble sintonización

Esquema de un transformador de doble sintonización de enlace fijo, con un secundario intervenido y condensadores de entrada en serie y de salida en paralelo. ^[w]^[x]
Esquema de un transformador de doble sintonización de enlace fijo, con ambos condensadores de salida en serie, adecuado para salida de baja impedancia. ^[w]

Los diagramas de la derecha muestran dos configuraciones alternativas de circuitos eléctricamente similares: la tapa en serie con derivaciones (izquierda) conecta la antena en paralelo con la bobina del transformador y el capacitor C2, a través de derivaciones, y la tapa en serie para líneas Z bajas (derecha) conecta la antena. en serie con la bobina y el condensador C2.

Usar C1 para sintonizar o desafinar el devanado primario con la sintonización del devanado secundario mediante C2 tiene aproximadamente el mismo efecto que acercar o alejar los dos devanados, de manera similar al enlace oscilante (descrito en la subsección anterior).

Tapa serie con grifos: (izquierda) agrega un capacitor en serie al lado de entrada del enlace fijo con derivaciones . El condensador de entrada permite un ajuste fino con menos toques en la bobina principal. Como se describió anteriormente, los puntos de toma conectados en la bobina están ubicados simétricamente alrededor del centro de la bobina.
Tapa de serie para líneas low-Z: (derecha) muestra una conexión alternativa para el circuito del capacitor en serie que prescinde de derivaciones en la bobina, pero que solo es útil para líneas de alimentación que muestran baja impedancia en sus extremos. Los condensadores marcados C2a y C2b deben estar desconectados eléctricamente y aislados de tierra, además de estar "conectados" a través de una conexión aislada.

Enlace fijo con condensadores diferenciales.

El circuito de enlace fijo con condensadores diferenciales (derecha) fue el diseño utilizado para los reconocidos sintonizadores Johnson Matchbox (JMB).

Las cuatro secciones de capacitores de salida (C2a,b,c,d) son un capacitor de doble diferencial "agrupado": los ejes del rotor de las cuatro secciones están conectados mecánicamente y sus placas alineadas, de modo que las secciones superior e inferior del capacitor ( C2a y C2d) aumentan la capacitancia, las dos secciones intermedias (C2b y C2c) disminuyen la capacitancia, y viceversa (observe que las puntas de flecha en C2 en el diagrama se muestran con direcciones coincidentes y contrarias). Esto proporciona un cambio suave de carga que es eléctricamente equivalente a mover grifos en el secundario. El Johnson Matchbox usó un interruptor de banda (no mostrado) para cambiar el número de vueltas en el secundario del transformador para cada una de las cinco bandas de frecuencia disponibles para los radioaficionados en la década de 1940. ^[29]

El diseño de JMB ha sido criticado ya que los dos condensadores de sección media C2b y C2c no son estrictamente necesarios para obtener una coincidencia; ^[30]^[31] sin embargo, las secciones intermedias limitan convenientemente los cambios del capacitor C2 (que principalmente ajusta la coincidencia del nivel de impedancia) para que no perturben la configuración del capacitor C1 (que principalmente ajusta la frecuencia de coincidencia).

Enlace de doble sintonización con condensadores diferenciales.

Los diseños posteriores mejoran el alcance limitado del respetado Johnson Matchbox (JMB) para adaptarse a las muchas bandas de aficionados de onda corta más modernas, ya sea agregando derivaciones conmutadas al inductor de enlace (entrada) o pueden incluir un condensador en serie con el devanado de la bobina de entrada. ^[29]^[31]^[32]^[33] Ambos ajustes adicionales se muestran en el esquema (derecha). Como en el caso del transformador de doble sintonización y las redes de enlace oscilante descritas anteriormente, ambas son formas de permitir un ajuste fino sin entrometerse con el interruptor de banda JMB y sus intrincadas conexiones soldadas a la bobina secundaria (no mostrada), que cambia el número de vueltas utilizadas en el lado de salida del transformador.

Usar C1 para sintonizar o desafinar el lado primario del transformador con los ajustes de C2 + C3 en el lado secundario tiene aproximadamente el mismo efecto que acercar o alejar los dos lados del transformador, simulando así un eslabón oscilante. Al ajustar el número de derivaciones en la bobina primaria se ajusta el Q de la red, ampliando o reduciendo su rango de frecuencia coincidente, y permite compensar el cambio en $Q$ resultante del cambio de banda en el número de vueltas secundarias conectadas; también da propósito a los devanados primarios adicionales generalmente no utilizados que originalmente formaban parte de una alimentación conmutada por relé separada para receptores de 600 Ω más antiguos, que todavía estaban en uso durante la década de 1940.

Incluyendo el interruptor de banda (no mostrado), este circuito tiene cinco controles separados disponibles, lo que complica el ajuste de sus configuraciones.

partido Z

El enfoque adoptado con el diseño Z-match es incorporar un transformador convencional de dos devanados al transmatch para tener la opción de entregar una salida balanceada desde el circuito de adaptación. Los devanados de entrada y salida separados aíslan la tierra en el lado de entrada del lado de salida (con o sin conexión a tierra), lo que permite la conexión de cargas balanceadas o desequilibradas en el lado de salida, independientemente de la conexión del lado de entrada. La salida procedente de un transformador secundario garantiza que las corrientes de salida estén equilibradas y permite que los voltajes de salida floten con respecto a tierra.

El Z-match es una ATU ampliamente utilizada para radioaficionados de baja potencia que se utiliza comúnmente como sintonizador no balanceado y balanceado. ^[34]^[35] El Z Match es una versión duplicada de un circuito transformador resonante, con tres condensadores de sintonización. ^[y]

Dos de los condensadores con conexiones separadas a la bobina del transformador primario están agrupados y constituyen efectivamente dos circuitos de transformador resonantes separados, que sintonizan simultáneamente dos frecuencias resonantes distintas. La doble resonancia permite que el circuito único a través de la bobina cubra un rango de frecuencia más amplio sin necesidad de cambiar la inductancia: cada configuración ofrece dos frecuencias diferentes, en bandas de frecuencia separadas, cuyas impedancias coinciden a la vez. Debido a que el lado de salida es un transformador secundario (opcionalmente conectado a tierra), se puede utilizar para alimentar líneas de transmisión balanceadas o no balanceadas sin ninguna modificación en el circuito.

El diseño Z-match está limitado en su potencia de salida por el núcleo utilizado para el transformador de salida. Un núcleo de hierro en polvo o de ferrita de aproximadamente 1,6 pulgadas de diámetro debería soportar 100 W. Un sintonizador diseñado para uso de bajo consumo ( "QRP" , normalmente 5 W o menos) puede utilizar un núcleo más pequeño. ^[35]

Combinación equilibrada de un sintonizador desequilibrado y un balun.

Otro método para alimentar líneas balanceadas es usar un sintonizador no balanceado con un balun en el lado de entrada (transmisor) o de salida (antena) del sintonizador. La mayoría de las veces se utiliza el popular circuito T de paso alto descrito anteriormente, con un balun de corriente 1:1 en el lado de entrada del sintonizador no balanceado o un balun (típicamente 4:1) en el lado de salida. Se puede gestionar, pero hacerlo de forma eficiente y segura no es fácil.

Balun entre la antena y la ATU

Cualquier balun colocado en el lado de salida (antena) de un sintonizador debe estar construido para soportar tensiones de alto voltaje y corriente, debido a la amplia gama de impedancias que debe manejar. ^[36]

Para una amplia gama de frecuencias e impedancias, puede que no sea posible construir un balun robusto que sea adecuadamente eficiente. Para un rango estrecho de frecuencias, el uso de tramos o secciones de líneas de transmisión para transformaciones de impedancia (como se describe anteriormente) puede ser más factible y ciertamente será más eficiente.

Balun entre el transmisor y la ATU

Las exigencias impuestas al balun son más modestas si el balun se coloca en el extremo de entrada del sintonizador, entre el sintonizador y el transmisor. Colocado en ese extremo, siempre opera con una impedancia constante de 50 Ω desde el transmisor en un lado, y tiene la red correspondiente para protegerlo de cambios bruscos en la impedancia de la línea de alimentación en el otro lado: todo para bien. Desafortunadamente, equilibrar la entrada del transmisor crea problemas de "tierra caliente" que deben solucionarse.

Si un sintonizador no balanceado se alimenta con una línea balanceada desde un balun en lugar de directamente desde el transmisor, entonces su conexión de antena normal (el cable central de su cable coaxial de salida) proporciona la señal como de costumbre a un lado de la antena. Sin embargo, el lado de tierra de esa misma conexión de salida ahora se convierte en la alimentación de una corriente igual y opuesta al otro lado de la antena; la única consecuencia insatisfactoria es que toda la parte conectada a tierra del sintonizador se "calienta" con la energía de RF , incluido el chasis metálico del sintonizador, las perillas de control metálicas y los tornillos metálicos de las perillas aisladas, todos tocados por el operador.

El "terreno caliente" dentro de la ATU

El "verdadero" voltaje de tierra externo en la antena y el transmisor debe estar a medio camino entre las dos fuentes "calientes", una de las cuales es la tierra interna: dentro de la ATU, el nivel de tierra "falso" del circuito de adaptación es igualmente diferente del "verdadero". "nivel del suelo en la antena o en el transmisor como lo es el cable "caliente" original, pero con polaridad opuesta. Ya sea el cable de salida "caliente" habitual o el circuito correspondiente "tierra caliente" le darán exactamente la misma descarga si lo toca.

El circuito del sintonizador debe " flotar " por encima o por debajo del nivel de tierra exterior para que la tierra del circuito ATU (o el lado común ) que anteriormente estaba conectado al cable de tierra del cable de salida alimente el segundo cable caliente: La tierra flotante del circuito debe proporcionar una diferencia de voltaje adecuada para conducir corriente a través de un terminal de salida para hacer que la segunda salida esté "caliente". ^[4]^{(pág. 24⸗13)}

Los altos voltajes son normales en cualquier circuito de adaptación de impedancia eficiente ("alta $Q$ ") que supere un desajuste amplio. A menos que las tierras incompatibles se mantengan cuidadosamente separadas, los altos voltajes presentes entre esta tierra flotante interior (la tierra "falsa") y las tierras "verdaderas" exteriores del transmisor y la antena pueden provocar arcos, descargas de corona, corrientes de tierra acopladas capacitivamente y descargas eléctricas. choque. ^[z]

Mantener cuidadosamente separados los motivos incompatibles

Para reducir la pérdida de energía y proteger al operador y al equipo, el chasis del sintonizador debe tener dos capas: un chasis exterior y un chasis interior. El chasis exterior debe encerrar y separar el circuito de sintonización y su tierra flotante del exterior, mientras él mismo permanece al nivel de la(s) tierra(s) "verdadera(s)" exterior(es). Dentro del chasis exterior protector, el chasis interior puede mantener su propio nivel de suelo flotante incompatible, aislado de forma segura.

El chasis interior se puede reducir a nada más que una plataforma de montaje dentro del chasis exterior, elevada sobre aisladores para mantener una distancia segura entre la "tierra flotante" y el chasis exterior conectado a la(s) línea(s) de tierra eléctrica "verdadera". El chasis de montaje metálico del circuito de sintonización interior, y en particular las varillas metálicas conectadas a las perillas de ajuste en el chasis exterior, deben mantenerse separados de la superficie tocada por el operador y del contacto eléctrico directo con la tierra del transmisor en su cable de conexión ("verdadero " suelo).

El aislamiento de los controles generalmente se realiza reemplazando al menos parte de las bielas metálicas entre las perillas en la superficie exterior y las partes ajustables en la plataforma interior con una varilla aislada, ya sea hecha de cerámica resistente o de plástico que tolere altas temperaturas. Además, las partes metálicas interior y exterior deben estar espaciadas adecuadamente para evitar que la corriente se escape a través del acoplamiento capacitivo cuando los voltajes interiores son altos. Finalmente, todas estas disposiciones deben asegurarse con mayor cuidado de lo habitual, para garantizar que los empujones, la presión o la expansión del calor no puedan crear un contacto entre las masas interior y exterior.

Resumen

El uso de un circuito inherentemente desequilibrado para un afinador balanceado impone restricciones difíciles a la construcción del afinador y altas exigencias a la mano de obra del constructor. La ventaja de tal diseño es que su circuito de adaptación interno, inherentemente desequilibrado, siempre requiere un solo componente, mientras que una versión balanceada del mismo circuito a menudo requiere dos. Por lo tanto, no requiere pares idénticos de componentes para los dos extremos "calientes" del circuito para asegurar el equilibrio a tierra dentro de la ATU, y su corriente de salida está inherentemente equilibrada, incluso aunque su circuito interior esté desequilibrado con respecto al interior suelo "falso"/"caliente"/flotante.

Pérdidas del sistema de antena.

Eficiencia y ROE

Si todavía hay una relación de onda estacionaria (SWR) alta más allá de la ATU, en un segmento significativamente largo de la línea de alimentación, cualquier pérdida en esa parte de la línea de alimentación generalmente aumenta debido a que las ondas transmitidas se reflejan hacia adelante y hacia atrás entre el cambio de impedancia en el sintonizador. salida y el cambio de impedancia en el punto de alimentación de la antena, agravando las pérdidas resistivas normales en la línea de transmisión al realizar múltiples pasadas a través de ella. Incluso con una unidad coincidente en ambos extremos de la línea de alimentación (la ATU cercana que hace coincidir el transmisor con la línea de alimentación y la ATU remota que hace coincidir la línea de alimentación con la antena), la pérdida en el circuito de las dos ATU seguirá reduciendo ligeramente la potencia entregada a la antena.

El uso más eficiente de la potencia de un transmisor es utilizar una antena resonante con adaptación incorporada a la impedancia de la línea de alimentación (mediante la adaptación en la alimentación de la antena con una coincidencia gamma, una coincidencia en 'Y', una coincidencia de stub o similar, o una transformador conectado en el punto de alimentación), cableado a través de una línea de alimentación cuya impedancia es la misma que la del punto de alimentación de la antena, alimentada por un transmisor que tiene la misma impedancia de alimentación. Todavía hay pequeñas pérdidas en cada línea de alimentación realista, incluso cuando todas las impedancias coinciden , pero la coincidencia minimiza esa pérdida.
Es casi igualmente eficiente alimentar un sintonizador de antena remoto conectado directamente a la antena, a través de una línea de alimentación adaptada tanto al transmisor como a la alimentación de la ATU. Las únicas pérdidas adicionales están en el circuito del sintonizador, que puede mantenerse pequeño si el sintonizador se ajusta para una "buena" coincidencia (ver más abajo) y el grado de discrepancia se prueba cuidadosamente en la antena o cerca de ella ( no en el transmisor).
Generalmente resulta ineficiente operar una antena alejada de una de sus frecuencias de resonancia e intentar compensar con una ATU al lado del transmisor, lejos de la antena; Toda la línea de alimentación desde la ATU hasta la antena aún no coincide, lo que aumentará las pérdidas normales en la línea de alimentación, especialmente si se trata de una línea de baja impedancia, como la coaxial estándar de 50 Ω .
La forma menos eficiente de transmitir es alimentar una antena no resonante a través de una línea de alimentación con pérdidas y que no coincide, sin que la impedancia coincida en ninguna parte .

colocación de ATU

Se puede insertar una ATU en cualquier lugar a lo largo de la línea que conecta el transmisor o receptor de radio a la antena. ^[37] El punto de alimentación de la antena suele estar en lo alto del aire o muy lejos, ^[aa] y una línea de alimentación larga debe transportar la señal a lo largo de la larga distancia entre el transmisor y la antena. El sintonizador se puede colocar en cualquier lugar a lo largo de la línea de alimentación (en la salida del transmisor, en la entrada de la antena o en cualquier punto intermedio) y, si se desea, se pueden colocar dos o más redes coincidentes en diferentes ubicaciones entre la antena y el transmisor (generalmente cerca o en extremos opuestos de la línea de alimentación) y ajustados para que creen cooperativamente una coincidencia de impedancia en todo el sistema de antena.

La adaptación de antena se realiza mejor lo más cerca posible de la conexión del punto de alimentación de la antena, para aumentar el ancho de banda y minimizar la pérdida en la línea de transmisión al reducir sus picos de voltaje y corriente. Idealmente, se podría incorporar un circuito de sintonización hecho de terminales de casi un cuarto de onda en el cuerpo de la propia antena, produciendo al menos una coincidencia aproximada en la alimentación de la antena. Además, cuando la información que se transmite tiene componentes de frecuencia cuya longitud de onda es una fracción significativa de la longitud eléctrica de la línea de alimentación, se producirá distorsión de la información transmitida si hay ondas estacionarias en la línea. Las transmisiones de TV analógica y estéreo FM se ven afectadas de esta manera; para esos modos, es obligatoria la coincidencia en la antena o muy cerca de ella.

Cuando sea posible, un sintonizador automático o controlado remotamente en un estuche resistente a la intemperie en la antena o cerca de ella es conveniente y constituye un sistema eficiente. Con un sintonizador de este tipo, es posible combinar una amplia variedad de antenas en una amplia gama de frecuencias ^[38] (incluidas antenas ocultas). ^[39]^[40]

Línea de alimentación de alta impedancia

"Línea de escalera" o "línea de cable abierto" anticuada y de alta impedancia; normalmente 500~600 Ω .
Línea ordinaria de alta impedancia de cable bifilar o plano (de dos conductores) de 300 Ω . Tenga en cuenta que el plástico entre los cables sólo se corta en los dos extremos.

Cable coaxial de baja impedancia de 75 Ω tipo RG-59 : ( A ) Cubierta exterior de plástico, ( B ) Blindaje de cobre tejido, ( C ) Aislante dieléctrico interior , ( D ) Núcleo de cobre

Cuando la ATU debe ubicarse cerca de la radio para un ajuste conveniente, cualquier ROE significativa aumentará la pérdida en la línea de alimentación, a menos que el punto de alimentación de la antena esté ubicado en la radio y se conecte directamente a la parte posterior del sintonizador. Por esa razón, cuando se utiliza una antena remota con una ATU colocada en el transmisor, una línea de alimentación de alta impedancia y baja pérdida es una gran ventaja (línea de cable abierto, por ejemplo).

Hasta la década de 1950, las líneas de transmisión balanceadas de al menos 300 Ω eran más o menos estándar para todos los transmisores y antenas de onda corta, incluidos los equipos de aficionados. La mayoría de las emisoras de onda corta siguen utilizando líneas de alimentación de alta impedancia, ^[7]^{(Cap. 7.2)}^[b] incluso después de que la adaptación automática de impedancia esté disponible de forma habitual.

Las líneas de alta impedancia, como la mayoría de las líneas de cables paralelos, transportan energía principalmente como alto voltaje en lugar de alta corriente, y la corriente por sí sola determina la potencia perdida por la resistencia de la línea. Entonces, para la misma cantidad de vatios entregados a la antena, generalmente se pierde muy poca energía en una línea de alta impedancia, incluso con niveles severos de ROE, en comparación con las pérdidas para la misma ROE en una línea de baja impedancia, como el cable coaxial típico . Por esa razón, los operadores de radio que utilizan líneas de alimentación de alta impedancia pueden ser más informales acerca de en qué punto de la línea se molestan en hacer coincidir las impedancias.

Es aceptable una longitud corta de línea coaxial con bajas pérdidas, pero con líneas coaxiales más largas las pérdidas mayores, agravadas por la ROE, llegan a ser muy altas. ^[13]^{(p 7⸗4)} Es importante recordar que cuando se coloca una ATU cerca del transmisor y lejos de la antena, aunque la ATU haga coincidir el transmisor con la línea, no hay ningún cambio en la línea más allá de la ATU. Las corrientes de reacción reflejadas por la antena son retrorreflejadas por la ATU y, por lo tanto, son invisibles en el lado del transmisor de la ATU. Los frentes de onda individuales suelen reflejarse varias veces entre la antena y la ATU; el resultado de las múltiples reflexiones es una pérdida compuesta, un voltaje más alto y/o corrientes más altas en la línea y en la ATU, y un ancho de banda reducido. Ninguno de estos malos efectos puede remediarse con una ATU colocada al lado del transmisor.

Pérdida en sintonizadores de antena.

Cada medio de igualación de impedancia introducirá alguna pérdida de energía. Esto variará desde un pequeño porcentaje para un transformador con núcleo de ferrita, hasta un 50% o más para una ATU complicada que ha sido ajustada ingenuamente a una "mala" coincidencia o que está funcionando cerca de los límites de su rango de sintonización. ^[12]^[13]^{(pág. 4⸗3)}

Entre los circuitos sintonizadores de banda estrecha, la red 'L' tiene la pérdida más baja, ^[21] en parte porque tiene la menor cantidad de componentes, pero principalmente porque puede coincidir en un solo ajuste, y ese ajuste es necesariamente el Q más bajo posible para una transformación de impedancia dada. ^[ab] En efecto, cualquier red 'L' no le da a su operador la opción de elegir una coincidencia "mala": las únicas configuraciones de red 'L' que producen una coincidencia son tan buenas como las que se obtienen con la red seleccionada.

La red 'L' que utiliza sólo condensadores tendrá la pérdida más baja, pero esta red sólo funciona donde la impedancia de carga es muy inductiva, lo que la convierte en una buena opción para una antena de cuadro pequeña . La impedancia inductiva también ocurre con antenas de alambre recto utilizadas en frecuencias por encima de su primera resonancia y por debajo de la segunda, donde la antena es demasiado larga; por ejemplo, un monopolo más largo que un cuarto de onda y más corto que media onda en la frecuencia de operación. Se puede configurar deliberadamente el tamaño de una antena para que sea inductiva en todas sus frecuencias de diseño (similar a un bucle pequeño ) con la intención de usar solo condensadores para sintonizarla, a fin de tener pérdidas de sintonización mínimas sin preocuparse por la configuración. Hacerlo requiere hacer una antena de cable recto demasiado larga para su frecuencia operativa más baja, pero desafortunadamente el problema típico que se encuentra en las bandas HF inferiores es que las antenas son demasiado cortas para la frecuencia en uso; sus circuitos coincidentes requieren inductancia.

Con la red 'T' de paso alto, la pérdida en el sintonizador puede variar desde un pequeño porcentaje (si se sintoniza para obtener la pérdida más baja) hasta más del 50 % si el sintonizador se ajusta a una "mala coincidencia" en lugar de a una buena. ^[12]^[5]

Reglas óptimas para encontrar coincidencias

Existen varias reglas generales simples para encontrar el punto de coincidencia óptimo y evitar el punto de coincidencia "malo". Están destinados principalmente a sintonizar utilizando sólo un medidor de ROE y minimizando la relación de onda estacionaria , lo que no da ninguna indicación directa de qué tan "buena" o "mala" puede ser la coincidencia encontrada. Todos se basan en el hecho de que una red de tres elementos puede simular una red 'L', y la coincidencia lograda por una red 'L' es la pérdida más baja para esa configuración de red ^[21] (paso alto y paso bajo). Las redes 'L' pueden tener diferentes pérdidas al hacer coincidir la misma antena). Sin embargo, tenga en cuenta que las pérdidas en el cableado largo y el sistema de tierra de la antena a menudo superan incluso las pérdidas del sintonizador por "mala coincidencia", en cuyo caso la pérdida de transadaptación se vuelve irrelevante.

Cada una de estas reglas se basa en el uso de la red de tres elementos para imitar una red 'L' de dos elementos. Consulte las reglas para elegir redes 'L' elevadoras y reductoras, arriba, para determinar qué lado de la red no es necesario. Si es un elemento en serie, se convierte en el elemento configurado en reactancia mínima (inductancia mínima o cero / capacitancia máxima); si es un elemento paralelo, se establece en la reactancia máxima (inductancia máxima/capacitancia mínima).

Regla de capacitancia máxima 'T' de paso alto :

Como regla general, sólo para una coincidencia 'T' de paso alto común, usar la máxima capacitancia posible (y la mínima inductancia posible) para cada configuración del sintonizador implicará la menor pérdida, en comparación con simplemente sintonizar cualquier coincidencia, sin tener en cuenta la configuración. ^[12]^[5] En general, esto se debe a que aumentar la capacitancia produce menos reactancia . La consecuencia habitual de una alta capacitancia (baja reactancia) es que se necesita menos reactancia de contrapeso del inductor ^[12] , lo que significa hacer pasar corriente a través de menos vueltas de cable en la bobina del inductor, y la pérdida en casi todas las ATU se debe principalmente a la resistencia. en el cable del inductor (la pérdida por contactos sucios del condensador viene en un distante segundo lugar). ^[5]

En el circuito 'T' de paso alto, configurar el capacitor izquierdo o derecho al máximo hace que casi no tenga reactancia y casi desaparezca del circuito, dejando que el capacitor y el inductor restantes se aproximen a una red 'L'. La única coincidencia de impedancia posible para la red (casi) 'L' que consta de los dos componentes restantes será (aproximadamente) óptima, es decir, tendrá la corriente más baja posible a través del inductor y, por lo tanto, la pérdida más baja dentro de la red.

Regla de inductancia mínima 'T' de paso bajo :

Se aplica un razonamiento similar a una coincidencia 'T' de paso bajo: establecer el inductor izquierdo o derecho en su valor mínimo hará que (casi) desaparezca del circuito y dejará que el inductor restante y el capacitor formen una coincidencia 'L', cuyo La única configuración del partido es la pérdida mínima.

Regla de capacitancia mínima de paso bajo '𝝅' :

Para una coincidencia ' $π$ ' se aplica una regla diferente, una regla de capacitancia mínima aparentemente contraria , pero el razonamiento es el mismo: ajuste el capacitor izquierdo o derecho innecesario a su valor de capacitancia mínimo (reactancia máxima), el otro capacitor a su máximo valor (reactancia mínima); el inductor está configurado muy bajo o moderadamente bajo. El condensador minimizado con su máxima reactancia posible obstruirá el flujo de corriente a través de él, por lo que el condensador que tocó fondo (casi) se saldrá de la red correspondiente (casi se convertirá en un circuito roto $\approx$ sin conexión). La sintonización se realiza con el condensador restante; él y el inductor central (casi) forman una coincidencia 'L', cuya única coincidencia es óptima (inductancia más baja / pérdida más baja). La búsqueda comienza con el condensador de adaptación fijado al máximo (reactancia mínima) y, por lo tanto, tiende a reducirse, gradualmente, con el inductor subido o bajado para igualar; por lo tanto, la primera inductancia coincidente encontrada tenderá a ser la inductancia más baja/pérdida más baja posible.

Operador de advertencia :

El operador de radio debe mantener una perspectiva sensata sobre los límites sobre si vale la pena optimizar una red de adaptación: las pérdidas de adaptación suelen ser bajas, y si las pérdidas en la línea de alimentación más allá del acoplador de la línea de alimentación son altas, lograr las pérdidas más bajas en la transconexión será irrelevante. "sólo una gota en un cubo". Las pérdidas de cable más allá de cualquier tipo de red coincidente siempre no mejoran, independientemente de si la configuración de coincidencia es buena o mala. La única solución para los cables con pérdidas es colocar el sintonizador inmediatamente al lado del punto de alimentación de la antena y tender segmentos largos de cableado entre el sintonizador y el transmisor:

Transmisor → cable → sintonizador → antena .

En aquellos casos en los que realmente se necesita un sintonizador, lo más común

transmisor → sintonizador → cable → antena

La configuración tendrá altas pérdidas que el sintonizador no puede reducir: las altas pérdidas en el cable hacen que esforzarse por lograr la eficiencia del sintonizador sea un ejercicio prácticamente inútil.

Reconocer coincidencias "malas"

Cada red coincidente con tres componentes reactivos, dadas configuraciones fijas para los dos primeros componentes, casi siempre tiene dos configuraciones distintas (¡o ninguna configuración!) para el tercer componente y ambas logran una coincidencia. ^[ac] Normalmente, una configuración produce una pérdida mayor que la otra y, a veces, la diferencia es lo suficientemente grande como para ser importante; Por lo general, pero no necesariamente, la configuración que necesita la inductancia más alta es la "mala" coincidencia (mayor pérdida), y eso es lo que la "regla de capacitancia máxima" anterior busca evitar. Sin embargo, a veces es posible que un ajuste de inductancia más baja cree una resonancia solo interna que termine haciendo circular más corriente a través de la bobina resonante. La circulación resonante a través de la bobina podría ser suficiente para causar una mayor pérdida con una inductancia más baja. En ese caso, la regla general anterior no constituye una buena orientación.

guía infalible

La guía infalible es “probarlo y ver, medirlo y registrarlo” . Para cualquier combinación de antena y transmatch, una vez que se ha encontrado una tabla de configuraciones óptimas y sus configuraciones mínimas (peores) coincidentes del "gemelo malvado" escaneando las configuraciones posibles, la tabla se puede usar como guía para encontrar rápidamente una buena configuración entre frecuencias con configuraciones de coincidencia conocidas: las configuraciones óptimas para la nueva frecuencia se ubicarán entre las configuraciones para las dos coincidencias óptimas encontradas previamente en una frecuencia adyacente superior y adyacente inferior en la misma banda, con excepciones muy raras donde las configuraciones "saltar". ^[anuncio] Del mismo modo, las peores configuraciones posibles se encontrarán entre las configuraciones mínimas correspondientes para las frecuencias de horquillado, que indican una "zona de evitación": configuraciones que no se deben usar. Por lo tanto, los operadores de unidades coincidentes pueden reconocer que han encontrado accidentalmente una coincidencia "mala" en lugar de una coincidencia "buena", cuando sus configuraciones se encuentran entre las configuraciones mínimas para las frecuencias de horquillado más altas y más bajas.

Se puede utilizar una tabla de configuraciones óptimas anteriores como puntos de partida cercanos para una búsqueda en una nueva frecuencia entre corchetes. Cuando las entradas están espaciadas lo suficientemente cerca en frecuencia, la tabla dará un comienzo lo suficientemente cercano como para que se pueda alcanzar la nueva configuración óptima simplemente buscando la lectura más baja en un medidor de ROE , aunque el medidor de ROE no puede mostrar solo pérdidas en la coincidencia. red.

Medición de pérdidas

Para la parte "mídalo" que crea o amplía una tabla de ajustes óptimos en primer lugar, un medidor de ROE no funcionará, ya que no muestra directamente la pérdida y no puede indicar solo las pérdidas en la transmatch. Sin embargo, con algunos cambios de conexión, las pérdidas de la red coincidente se pueden encontrar fácilmente con un analizador de antena o un puente de impedancia . ^[41]

Un enfoque de baja tecnología para medir las pérdidas de ATU es apagar el transmisor, poco después de transmitir, y colocar la mano directamente sobre la bobina (después de descargar primero la bobina en el chasis de la caja de cerillas). Si se siente demasiado caliente al tacto o demasiado caliente para sostenerlo cómodamente, entonces las pérdidas de la bobina son altas y la configuración es "mala"; Si la bobina se siente fría o ligeramente caliente, entonces no hay una pérdida significativa, ya sea debido a una "buena" coincidencia o porque la potencia de transmisión anterior era demasiado baja para calentar notablemente la bobina. ^[z]

Problemas típicos

Una de las causas ^[12]^[13] de las altas pérdidas en los circuitos de sintonización surge cuando los ajustes producen un camino para una resonancia interna entre los componentes que se encuentra completamente dentro de la propia red de sintonización, sin circular a través de la antena: Múltiples pasos internos a través de la La bobina de sintonización agravará sus pérdidas normales, al igual que múltiples pasadas a través de una línea de alimentación no coincidente. Cuando la ruta configurada no dirige la mayor parte de la corriente a través de la antena, entonces esa fracción de la corriente que solo fluye en la bobina y no en la antena solo entregará energía en forma de calor, no de ondas de radio. Situaciones como esta son posibles cuando se utiliza una combinación de condensador-inductor casi resonante para aumentar el voltaje y obtener una salida de impedancia mucho mayor.

En algún punto cercano a las configuraciones extremas posibles para cualquiera de los componentes instalados, las posibles configuraciones coincidentes para el sistema se reducirán y la mejor coincidencia puede ser la primera en abandonar (requiere una configuración increíblemente alta o baja ^[q] ). . Si la configuración de los ajustes de los componentes con la menor pérdida no es factible con los componentes instalados, y la pérdida para el ajuste alcanzable es apreciablemente peor, entonces, a pesar de poder encontrar una coincidencia para la impedancia, la única coincidencia que la ATU puede encontrar proporcionar es "malo". Una pista simple de que la red coincidente ha alcanzado o está cerca del punto donde sus configuraciones están cayendo, es cuando una configuración disponible tiene una de las perillas de configuración "fijada", o casi, y ajustándose lejos de la configuración fijada o extrema. sólo empeora la coincidencia, es decir, cualquier alternativa a la coincidencia fija o casi no puede mejorarse mediante un ligero ajuste de la configuración de los otros componentes.

Sacrificar la eficiencia a cambio de la supresión de armónicos

Si se desea un filtrado adicional, el inductor en cualquiera de los diseños de tres elementos se puede configurar deliberadamente a valores ligeramente mayores que el mínimo necesario, elevando el circuito $Q$ y así proporcionar al menos un efecto de paso de banda parcial en el paso alto y Redes de paso bajo.

Los armónicos ordinarios siempre están por encima de la frecuencia operativa, y todas las redes de adaptación de paso bajo bloquean frecuencias más altas en cualquier configuración coincidente, incluida la configuración de pérdida más baja; Las redes de paso bajo ' $π$ ', de paso bajo 'T' y de paso bajo 'L' siempre atenúan bien los armónicos.

Las redes de paso alto 'L' y las redes de paso alto 'T' configuradas óptimamente no bloquearán los armónicos; sin embargo, la 'T' de paso alto se puede ajustar para tener un ligero efecto de paso de banda si su inductancia se establece por encima de su mínimo: La atenuación adicional en frecuencias armónicas se puede aumentar significativamente con sólo un pequeño porcentaje de pérdida adicional en la frecuencia sintonizada. ^[42]^[12] El factor de rechazo obtenible de la coincidencia 'T' del 99% (20 dB ) ^[42] puede ser una reducción armónica suficiente, si la pequeña pérdida adicional es aceptable.

Aunque siempre bloquean los armónicos, las redes de paso bajo ' $π$ ' y de paso bajo 'T' también se pueden ajustar para exceso de inductancia/ $Q$ mayor similar a la de paso alto 'T' para lograr un paso de banda parcial, tal vez para reducir la interferencia. proveniente de debajo de la frecuencia de operación.

El sintonizador SPC es un circuito de paso de banda , por lo que siempre bloquea las señales fuera de banda, tanto arriba como abajo, pero se puede hacer que tenga una banda de paso especialmente estrecha cuando se ajusta para una inductancia similarmente superior a la necesaria. tal vez para "silenciar" las interferencias cercanas en una banda ruidosa. En cualquier configuración de coincidencia, un sintonizador SPC siempre tendrá un rechazo de armónicos mucho mejor que un 'T' de paso alto, incluso uno que esté sintonizado para una $Q$ más alta /una reducción modesta de alta frecuencia. ^[42]

Relación de onda estacionaria

Es un error común pensar que una relación de onda estacionaria (ROE) alta por sí misma causa pérdidas, o que una antena debe ser resonante para transmitir bien; tampoco es cierto. ^[10]^[11]^[3]

Una ATU bien ajustada que alimenta una antena a través de una línea de baja pérdida puede tener sólo un pequeño porcentaje de pérdida adicional en comparación con una antena intrínsecamente adaptada, incluso con una ROE alta (4:1, por ejemplo). ^[3] Una ATU colocada al lado del transmisor simplemente vuelve a reflejar la energía reflejada desde la antena ("corriente de reacción") nuevamente hacia la antena ("retrorreflexión") a lo largo de la línea de alimentación de baja pérdida; la porción de las ondas reflejadas y retrorreflejadas que sobreviven a las pérdidas eventualmente se irradian. ^[10]

Las pérdidas elevadas son causadas por la resistencia en la línea de alimentación, el suelo cercano debajo de la antena y el metal de la antena, especialmente donde la corriente fluye a través de piezas corroídas. Múltiples reflexiones debido a una alta ROE hacen que todas estas pérdidas se agraven. Sin embargo, el total de las pérdidas por pasadas múltiples depende en gran medida del tamaño de la resistencia a la pérdida de una sola pasada, en relación con la resistencia a la radiación de la antena . El uso de un buen sistema de tierra y una línea de alimentación de alta impedancia y baja pérdida produce muy pocas pérdidas, incluso con reflexiones múltiples, porque incluso una baja resistencia a la radiación en la antena puede superar las resistencias de línea y tierra, si son muy bajas. Sin embargo, si la línea de alimentación y el sistema de tierra combinados tienen "pérdidas", como una línea coaxial, ^[b] o una simple varilla de tierra , entonces una ROE idénticamente alta puede desperdiciar una fracción considerable de la potencia de salida del transmisor calentando el coaxial y calentando el suelo. En comparación, las líneas de cables paralelos y de alta impedancia suelen tener una pérdida extremadamente baja, incluso cuando la ROE es alta. Por esa razón, los operadores de radio que utilizan líneas de alta impedancia con un extenso sistema de tierra pueden estar más tranquilos en cuanto al uso de unidades coincidentes y dónde se ubican en la línea de alimentación.

Sin una ATU, la ROE de una antena y una línea de alimentación que no coinciden puede presentar una carga inadecuada al transmisor, causando distorsión y pérdida de potencia o eficiencia al calentar y/o quemar componentes en la etapa de salida. Los transmisores de estado sólido modernos están diseñados para protegerse automáticamente reduciendo la potencia cuando se enfrentan a una corriente de reacción. En consecuencia, todas las etapas de potencia de estado sólido modernas están diseñadas para producir sólo señales débiles cuando la ROE se eleva por encima de algún nivel de corte, a menudo establecido en 1,5: 1. ^[c] Esta $reducción de potencia$ $en la etapa de salida$ $es la razón principal de$ $la transmisión$ $débil$ con una ROE alta, no las menores pérdidas por el aumento del calentamiento de las piezas del sistema de antena.

Si no fuera por el problema creado por el conflicto de diseño entre la seguridad del circuito y la potencia de transmisión entregada, incluso las pérdidas marginales de una ROE de 2:1 podrían tolerarse, ya que sólo el 11 por ciento de la potencia transmitida se reflejaría y el 89 por ciento se enviaría a través del circuito. a la antena (una pérdida de sólo1/ 2  dB ). Por lo tanto, la principal pérdida de potencia con una ROE alta se debe a que el amplificador de salida "retrocede" su potencia cuando lo golpea una corriente de reacción.

Los transmisores y amplificadores basados en válvulas de vacío generalmente tienen una red de salida ajustable (una red 'π') que puede alimentar cargas no coincidentes hasta quizás 3:1 SWR sin problemas. A todos los efectos prácticos, la red 'π' en la etapa de salida es una transmatch incorporada. Además, a pesar de ser mecánicamente frágiles, los tubos son eléctricamente robustos y, siempre que el voltaje de la línea se mantenga moderado, pueden hacer caso omiso de una corriente de reacción muy alta con impunidad. Por lo tanto, los amplificadores de etapa de salida basados en válvulas se benefician de "reducir" su potencia de salida sólo en respuesta a un voltaje de reacción muy alto, y su circuito de autoprotección (si lo hay) puede configurarse de manera segura para tolerar una ROE mucho peor que la de los amplificadores de estado sólido .

Aplicaciones de transmisión

Transmisores de transmisión AM

Una de las aplicaciones más antiguas de los sintonizadores de antena es en transmisores de transmisión AM de onda media y onda corta . Los transmisores típicos de banda AM utilizan antenas de torre vertical , generalmente entre 1 /5y 5 /8 longitudes de onda altas. Se utiliza una ATU alojada en la " cabaña de acoplamiento " en la base de la torre ^[43] para hacer coincidir la antena con la línea de transmisión del transmisor. El circuito más utilizado es una red 'T' de paso bajo. ^[6]

Cuando se utilizan múltiples torres, es posible que la red de adaptación también deba proporcionar un ajuste de fase, para avanzar o retrasar la corriente a cada torre, en relación con las demás; Si se hace correctamente, la fase puede dirigir la señal combinada en la dirección deseada. ^[ae]

Transmisores de onda corta de alta potencia

Las estaciones internacionales de radiodifusión de onda corta de alta potencia (50 kW y más) cambian de frecuencia estacionalmente –incluso diariamente– para adaptarse a las condiciones de propagación ionosférica , de modo que sus señales puedan llegar mejor a su audiencia prevista. ^[44] Los cambios frecuentes de frecuencia de transmisión requieren ajustes frecuentes de la adaptación de la antena, pero los transmisores de transmisión modernos generalmente incluyen circuitos de adaptación automática de impedancia incorporados que pueden adaptarse a cambios modestos de impedancia. Circuitos similares también son cada vez más comunes en los transmisores de aficionados.

Los circuitos ATU internos modernos generalmente pueden autoajustarse a una nueva frecuencia o nueva impedancia de salida en 15 segundos, para una ROE de hasta 2:1 (al menos). ^[7]^{(Cap. 7.2 )} Las redes de adaptación en los transmisores a veces incorporan un balun o se puede instalar uno externo en el transmisor para alimentar una línea balanceada.

Las antenas de onda corta más utilizadas para la radiodifusión internacional son la antena HRS (matriz de cortina), que cubre un rango de frecuencia de 2:1, y la antena logarítmica periódica , que puede cubrir hasta un rango de frecuencia de 8:1. ^[45] Dentro del rango de diseño, la ROE de la antena variará, pero estos diseños generalmente mantienen la ROE por debajo de 1,7: 1, que está fácilmente dentro del rango de ROE que se puede sintonizar mediante la adaptación automática de antena incorporada en muchos transmisores modernos. Por lo tanto, al alimentar antenas bien elegidas, un transmisor moderno podrá ajustarse según sea necesario para adaptarse a la antena en cualquier frecuencia.

Sintonizadores automáticos

La sintonización automática de antena se utiliza en teléfonos móviles emblemáticos, transceptores para radioaficionados y en transceptores de radio HF tácticos, marinos y terrestres.

Cada sistema de sintonización de antena (AT) mostrado en la figura tiene un "puerto de antena", que está acoplado directa o indirectamente a una antena, y otro puerto, denominado "puerto de radio" (o como "puerto de usuario"), para transmitir. y/o recibir señales de radio a través del AT y la antena. Cada AT que se muestra en la figura tiene un único puerto de antena (SAP) AT, pero es posible que se necesite un puerto de antena múltiple (MAP) AT para la transmisión de radio MIMO.

Dos posibles configuraciones de un transmisor que comprende una antena, un sintonizador de antena (AT) de puerto de antena única, una unidad de detección (SU), una unidad de control (CU) y una unidad de transmisión y procesamiento de señales (TSPU).

Se pueden utilizar varios esquemas de control en un transceptor o transmisor de radio para ajustar automáticamente un sintonizador de antena (AT). Los esquemas de control se basan en una de las dos configuraciones, (a) y (b), que se muestran en el diagrama. Para ambas configuraciones, el transmisor comprende:

antena
sintonizador de antena/red coincidente (AT)
unidad de detección (SU)
unidad de control (CU)
Unidad de procesamiento de señales y transmisor (TSPU)

La TSPU incorpora todas las partes de la transmisión que no se muestran en el diagrama.

El puerto TX de la TSPU entrega una señal de prueba. La SU entrega, a la TSPU, una o más señales de salida que indican la respuesta a la señal de prueba, una o más variables eléctricas (tales como voltaje, corriente, voltaje incidente o directo, etc.). La respuesta detectada en el puerto de radio en el caso de la configuración (a) o en el puerto de la antena en el caso de la configuración (b). Tenga en cuenta que ni la configuración (a) ni (b) son ideales, ya que la línea entre la antena y el AT atenúa la ROE; La respuesta a una señal de prueba se prueba con mayor precisión en o cerca del punto de alimentación de la antena.

Broydé y Clavelier (2020) distinguen cinco tipos de esquemas de control del sintonizador de antena, de la siguiente manera: ^[46]

El tipo 0 designa los esquemas de control AT de bucle abierto que no utilizan ninguna SU, y el ajuste generalmente se basa únicamente en conocimientos previos programados para cada frecuencia de operación.
Los esquemas de control tipo 1 y tipo 2 utilizan la configuración (a)
- el tipo 2 utiliza el control de búsqueda de extremos
- el tipo 1 no busca un extremo
Los esquemas de control tipo 3 y tipo 4 utilizan la configuración (b)
- el tipo 4 utiliza el control de búsqueda de extremos
- el tipo 3 no busca un extremo

Los sistemas de control podrán compararse en lo que respecta a:

uso de control de bucle cerrado o de bucle abierto (o ambos)
medidas utilizadas
capacidad de mitigar los efectos de las características electromagnéticas del entorno
apuntar meta
precisión y velocidad
dependencia del uso de un modelo particular de AT o CU

Ver también

Notas a pie de página

^ Aunque los diversos términos enumerados anteriormente generalmente se usan indistintamente, los términos red de coincidencia y transmatch son claramente la descripción más precisa del propósito y la función. Algunos de los nombres, como "sintonizador de antena", son engañosos aunque convencionales. Los libros de texto siempre señalan cuidadosamente que el "sintonizador de antena" en realidad no sintoniza la antena, y algunos cuestionan el uso de ese nombre.
^ abcdef
Desde principios de la década de 1960, quizás antes, casi todos los cables coaxiales disponibles adecuados para niveles de potencia de transmisión tienen una impedancia de 48 ~ 52 Ω o 70 ~ 75 Ω . ^{[ cita necesaria ]} (El cableado de televisión adoptó un cable de 75 Ω, que a veces utilizan los radioaficionados). Desde entonces, las radios se han diseñado para ser compatibles con el cable de 50 Ω disponible y, en la actualidad, es esencialmente universal / se utiliza en todo el mundo. . El único beneficio de diseñar equipos con impedancias de conexión de 50 Ω es la estandarización de radios, líneas de alimentación y antenas; es simplemente conveniente –no ideal– y, como muchos estándares, sólo se utiliza por razones históricas.
En la década de 1940, después de la Segunda Guerra Mundial , los excedentes de cable militar de 50 Ω estuvieron disponibles a bajo costo y los radioaficionados comenzaron a utilizarlo. El cable coaxial es mucho menos "quisquilloso" en cuanto a dónde colocarlo que el cable no blindado, y si se conduce con corriente equilibrada no se verá afectado por cercas metálicas, techos o revestimientos metálicos o chasis de automóviles cercanos, y puede pasar a través de tuberías metálicas o enterrarse en suelo. A pesar de sus otras ventajas claras, que se analizan más adelante, la línea de alimentación de alambre paralela sin blindaje, previamente común , es vulnerable a que su impedancia se distorsione si se pasa cerca de una pieza de metal tan grande.
Debido a que el cableado coaxial utilizado originalmente estaba hecho para 50 Ω (un buen compromiso para el equipo de radar militar para el que fue hecho), esa impedancia se convirtió en un estándar de facto para los equipos de radioaficionados. Por lo general, no existe ningún beneficio al utilizar una impedancia de 50 Ω para radioaficionados, y existen varios inconvenientes, que se analizan en el título § "Línea de alimentación de alta impedancia".
^ abcd
Un calentador de cuarzo que consume una potencia aproximadamente similar a la de un amplificador de alta potencia.
El amplificador de etapa de salida es siempre el componente más afectado por cualquier daño. Esa es la parte de la radio donde se instalan los circuitos de autoprotección (si los hay) para reducir la potencia de salida a niveles seguros cuando se enfrenta una amenaza de desajuste.
La etapa final podría ser un amplificador de potencia de RF independiente y de alta potencia alimentado por el transmisor (desde varios cientos hasta más de mil vatios ), o simplemente la etapa de salida interna de potencia moderada integrada en el transmisor (a menudo cien vatios). , rara vez más y, a veces, tan solo cinco vatios o menos ). Posiblemente el daño al amplificador podría ser comparable, si no tan grave, a quemar literalmente los circuitos del amplificador en un horno eléctrico que consume la misma cantidad promedio de vatios, durante la misma cantidad de tiempo que la transmisión no coincidente. Por lo tanto, un transmisor de 5 W (potencia comparable a una antigua bombilla incandescente de árbol de Navidad) probablemente sólo se calentaría ligeramente y no sufriría daños; pero un amplificador de 1.500 W muy disparejo funcionando a plena potencia podría ser un desastre, sufriendo altas temperaturas del orden de la salida de un gran calentador eléctrico de habitación .
^ abc Los transmisores con antenas incorporadas que solo cubren una banda de frecuencia única y estrecha, como los teléfonos celulares y los walkie-talkies , tienen un circuito ATU interno, no ajustable por el usuario, configurado permanentemente para hacer coincidir la radio con su antena instalada.
^ ab Tanto las antenas como las líneas de alimentación de cables abiertos cambian la impedancia con el clima, especialmente si están cubiertas de polvo, óxido, agua del hielo o lluvia, sal de la espuma del mar o se asientan en aire húmedo. Cambiar la frecuencia de transmisión también cambia la impedancia del punto de alimentación de una antena, y los cambios en algunas frecuencias provocan cambios de impedancia más amplios o más abruptos que en otras.
Cualquier cambio en la impedancia de la antena probablemente se complicará aún más por los efectos secundarios de los dispositivos de ingeniería de radio integrados en la antena o en el sistema de alimentación para suavizar los cambios de impedancia en otras frecuencias. Esos "dispositivos" incluyen algunas técnicas para 'sintonizar' la antena y el sistema de línea de alimentación, como la coincidencia de secciones o la coincidencia de trozos en la línea de alimentación (que se analiza más adelante) o la incorporación de condensadores o inductores (o segmentos de antena adicionales con efecto equivalente) en la línea de alimentación o en la propia antena.
^ Todas las fuentes técnicas incluyen la eliminación de la reactancia del punto de alimentación como parte esencial de "sintonizar" una antena, pero diferentes libros pueden mencionar o no aumentar o disminuir la resistencia de su punto de alimentación en la misma parte del texto que "sintonización de antena"; sin embargo, en ese caso, el ajuste de la resistencia del punto de alimentación siempre se menciona en otra parte. ^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]
Incluso una vez que se ha eliminado la reactancia en el punto de alimentación de la antena, si la resistencia restante en el punto de alimentación no es idéntica a la impedancia característica de la línea de alimentación, la falta de coincidencia generará ondas estacionarias de voltaje y ondas estacionarias de corriente fuera de fase en la línea. Esto es equivalente a que la impedancia de la señal (relación tensión-corriente y fase) oscile a lo largo de la línea y, por lo tanto, varíe la reactancia siempre que la fase no sea cero, a pesar de haber sido eliminada en el punto de alimentación. ^[3]^[4]^[5]
^ Las frecuencias altas y superiores están naturalmente libres de ruido, pero el silencio puede verse afectado por fuentes de ruido cercanas; por ejemplo: tormentas eléctricas a decenas de kilómetros de distancia, o cargadores mal fabricados para aparatos electrónicos portátiles en la propia casa y en las de los vecinos.
^ ab Las relaciones de transformación de impedancia típicas son 1:1, 1:4, 1:9, etc. La relación de impedancia es el cuadrado de la relación de devanado.
^ Cuando se deben conectar dos cables o circuitos con puesta a tierra diferente pero las tierras se mantienen independientes, se debe usar un transformador completo de dos devanados con la relación deseada, en lugar de un autotransformador de un solo devanado.
^ Los mismos devanados podrían conectarse de manera diferente para formar un balun .
^ Cuando se trabaja con coaxial, la sección corta se conecta mediante un conector en 'T'.
^ Para longitudes entre un cuarto y media onda, el comportamiento reactivo de una línea corta es opuesto. ^[dieciséis]
En general, el cambio en la reactancia de un trozo con el cambio de frecuencia es algo diferente de los inductores y condensadores de componentes agrupados correspondientes , especialmente cuando se usa en frecuencias donde su longitud es cercana a un múltiplo de un número entero de un cuarto de onda.
Para evitar alto voltaje al final de un trozo abierto, a veces es más conveniente usar el trozo en cortocircuito de entre un cuarto y media onda de largo para producir la capacitancia deseada. Por el contrario, dado que es más fácil recortar un trozo abierto entre un cuarto y media onda para lograr una mejor coincidencia, se puede elegir un trozo abierto similarmente largo para producir el efecto inductivo en situaciones de baja potencia.
^ abc Tenga en cuenta que las escalas verticales del gráfico de Smith son todas intersecciones de arcos asimétricos, con medidas no lineales y muy distorsionadas .
^ ab Este gráfico se hizo con 50 ohmios en el centro. Para hacer coincidir otros valores de la fuente $R$ , como 75 ohmios, el valor "75" debe reemplazar a "50" en todas partes del diagrama de Smith.
^ Aunque las formas $┬─$ y $─┬$ se parecen a escalones, la sensación del escalón "subiendo" y "bajando" es opuesta a la dirección del cambio de impedancia. Parece que usar la forma de escalón probablemente sería más propenso a causar confusión que a ser útil.
^ Cuando no hay información disponible sobre las partes reactiva y resistiva de la impedancia que se va a combinar, se puede elegir una red adivinando arbitrariamente que se podría combinar una impedancia alta usando la red 1 (que es efectiva para resistencia en paralelo o en derivación alta) y una baja impedancia usando la red 2 (que es efectiva para resistencias en serie bajas), pero esas selecciones suponen que la causa del desajuste de impedancia que causa una ROE alta se debe principalmente a que la resistencia es demasiado alta o demasiado baja, en lugar de demasiada reactancia (ya sea positivo o negativo).
Cuando la ROE es alta debido a una gran parte reactiva, como ocurre con una antena de látigo que es demasiado corta (y no está cargada ), la estimación simplificada fallará aproximadamente la mitad de las veces (lo mismo que la probabilidad aleatoria), donde "fallar" significa que no la cantidad de ajuste de los componentes en la red adivinada producirá una coincidencia de impedancia; y cuando la suposición poco confiable elige accidentalmente una red que se puede sintonizar, el adivino será engañado haciéndole creer que la regla defectuosa es efectiva.
^ abcdef En principio
, muchas redes de adaptación pueden igualar cualquier impedancia , pero tenga en cuenta que cualquier transmatch tal como está construido solo puede igualar impedancias para las cuales los rangos de inductancia y capacitancia de sus piezas instaladas sean adecuados. ^[21]
^ Por ejemplo, las estaciones AM de varios kilovatios a menudo sobrecargan los receptores de onda corta a unas pocas millas de su torre , a pesar de operar en una frecuencia mucho más baja. En ese caso, la atenuación de las frecuencias bajas sería un beneficio adicional, y se preferiría una red de paso alto por su efecto secundario de bloquear las frecuencias medias si se configura para que coincida con una frecuencia de onda corta .
^ La elección de una red 'L' de inductor en serie / condensador en derivación hace que los sintonizadores automáticos se puedan utilizar en combinación con otras partes eléctricas de la antena, como interruptores de relé, que requieren una alimentación de CC a través de la línea de alimentación de RF. También se ajusta a la antigua expectativa de que las transmatches atenuarán los armónicos.
^ En cambio, muchos diseños recientes de bucles pequeños alimentan el bucle principal indirectamente, conectado a través de un bucle alimentador, aproximadamente 1 /5el tamaño del bucle principal, anidado dentro del bucle más grande que de otro modo estaría desconectado. Los dos bucles acoplados magnéticamente actúan como un transformador de impedancia de 25:1. Si el bucle principal ha sido resonado por un condensador de sintonización, lo que lo deja libre de reactancia, la combinación de dos bucles puede proporcionar una impedancia adecuadamente adaptada, sin necesidad de una red en 'L'.
^ El conjugado eléctrico de un circuito es un circuito similar en el que todos los elementos reactivos en paralelo (condensadores e inductores) se reemplazan por elementos en serie del tipo opuesto (por ejemplo, los condensadores conectados en paralelo se reemplazan por inductores en serie), y de manera similar, Las piezas reactivas en serie se reemplazan por componentes paralelos del tipo opuesto. Las resistencias (si las hay) no se modifican y se ignoran las resistencias a pérdidas incidentales en los componentes reactivos.
^ ab Por lo general, no resulta beneficioso forzar que los dos lados de una antena equilibren los voltajes. Casi siempre es mejor permitir que la antena "flote" con respecto a una conexión a tierra, ^[26] ya que el rendimiento de la antena que depende del equilibrio siempre depende de la corriente equilibrada en lugar del voltaje equilibrado. Forzar el equilibrio de los voltajes puede en realidad desequilibrar las corrientes y, por lo tanto, provocar un rendimiento deficiente.
En el caso de estos circuitos de adaptación de alimentación de antena, casi siempre es una mala idea conectar la tierra del lado del transmisor/amplificador a la tierra del lado de la antena si uno tiene la oportunidad de mantener las tierras separadas.
^ abcdefgh Respecto a las conexiones a tierra opcionales y obligatorias :
Todos los circuitos en esta subsección muestran una conexión a tierra (un triángulo que apunta hacia abajo) en el lado de la antena (lado derecho). La tierra del lado de la antena a la derecha está sombreada en gris , con líneas discontinuas, porque es opcional ; si se usa, forzará efectivamente un voltaje equilibrado contra tierra en los dos terminales de salida (mientras que el efecto deseado es una corriente equilibrada , que podría no lograrse). La sabiduría convencional es que los motivos opcionales no deben estar conectados. ^[26]^[v]
El triángulo de la izquierda representa una tierra obligatoria, obtenida a través de la línea de señal conectada a tierra al transmisor. Por seguridad, debe conectarse de forma redundante a tierra de RF, como se muestra.
^ abcde
Quitar la tierra opcional en el lado equilibrado (derecho) del circuito requiere montar el condensador variable de sección dual de manera que pueda "flotar" eléctricamente, con su marco y eje de sintonización aislados del chasis y la perilla de sintonización. Cuando se proporciona dicho montaje aislado, no hay razón para utilizar un condensador de doble sección y puede sustituirse por un condensador de sección única menos costoso.
^ Tenga en cuenta que los marcos metálicos (si los hay) de cada uno de los condensadores del diseño deben estar aislados eléctricamente de tierra.
^ ab
Descarga de corona alrededor de una bobina de antena.
Aunque "chispar" es una mala señal, no está relacionado con la transmisión de alta potencia a través de una mala combinación. De manera perversa, los voltajes más altos que ocurren con el Q más alto típico de una buena combinación tienen más probabilidades de generar chispas, mientras que una combinación "mala" tendría una $Q$ baja que tendería a suprimir las chispas.
Si uno huele ozono , o ve una descarga de corona o chispas en cualquier lugar dentro del chasis de red correspondiente, o luego nota marcas de quemaduras en los bordes del capacitor de aire, la situación es mala, pero las malas indicaciones no son signos de pérdida alta per se , aunque eso lo hará. Seguramente será un efecto secundario. Las chispas o la corona dentro de una ATU son advertencias graves de que, en la frecuencia en la que se produjo la corona o la chispa, la combinación de unidad correspondiente y sistema de antena estaba sobrecargada con una potencia demasiado alta.
^ Un ejemplo de antena "en lo alto del aire" sería una antena dipolo horizontal ; otro es un monopolo de plano de tierra montado en un mástil .
Un ejemplo de antena "lejana" sería una antena monopolo montada en el suelo , colocada en un campo abierto con una vista clara del horizonte y situada lejos de las interferencias de radio domésticas .
^ Con una red 'L', la $Q$ cargada no es ajustable, pero se fija a medio camino entre las impedancias de fuente y carga. Dado que la mayor parte de la pérdida en los sintonizadores prácticos estará en la bobina, cambiar de un circuito de paso bajo a uno de paso alto (o viceversa) podría reducir un poco la pérdida.
^ Qué componentes se consideran "primero", "segundo" o "tercero" es arbitrario. El comportamiento cualitativo de los tres componentes coincidentes de la red es el mismo, independientemente del orden en que estén etiquetados.
No todas las configuraciones posibles de cualquier par de componentes permiten que las configuraciones restantes superen cada impedancia presentada en la conexión de salida de la ATU, ^[q] y la regla "dos configuraciones distintas para el tercero dados los dos primeros" solo es cierta en los casos en que hay una coincidencia. es realmente posible: al borde de que no haya solución, las dos configuraciones distintas se fusionarán en una sola configuración posible para el "tercer" componente designado; más allá de esas dos configuraciones para los dos primeros componentes en ese punto, habrá soluciones de adaptación de impedancia cero para el tercero.
Si hay una cuarta configuración, probablemente habrá una serie de configuraciones para el "tercero" y el "cuarto" que coincidan.
^ Una ocasión típica en la que las configuraciones de red coincidentes "salta" es cuando las dos frecuencias adyacentes están a cada lado de un armónico par de una antena monopolo alimentada por el extremo o un dipolo alimentado por el centro, que tiene una resistencia muy baja / Q alta .
Una antena de banda ancha es otro ejemplo: los saltos en la configuración de la red coincidente a menudo ocurren durante los cambios de frecuencia en diseños compuestos multibanda elaborados, especialmente en las bandas proporcionalmente más anchas, como las de 80 metros . Estas antenas son normalmente una combinación de múltiples segmentos separados, cada uno de los cuales está destinado a servir en una banda o subbanda de frecuencia, y quizás en algunos de sus armónicos. Cuando un cambio en la frecuencia hace que una sección de la antena que antes era casi resonante comience a perder resonancia (volviéndose reactiva), comenzará a rechazar la potencia de la señal alimentada a la antena. Idealmente, algún otro segmento de la antena comenzará a resonar cerca de la nueva frecuencia y reemplazará el elemento ahora reactivo. Normalmente, la nueva sección resonante habrá tenido una alta reactancia en las frecuencias anteriores, lo que hizo que rechazara la energía alimentada a la antena y, por lo tanto, no estuviera involucrada en gran medida con la señal inyectada. Suponiendo que esté diseñado así, cuando comience a resonar perderá reactancia y comenzará a aceptar potencia de señal. Cuando se produce tal cambio, es muy probable que se produzca un salto correspondiente en los ajustes óptimos (e mínimos) en alguna frecuencia intermedia en la que ambas secciones de antena estén activas. (Por supuesto, este tipo de comportamiento de cruce depende en gran medida de la configuración de la antena individual y de sus interacciones con el suelo y los objetos metálicos circundantes).
Estos son sólo dos ejemplos: Es probable que haya otras situaciones en las que la configuración de los componentes para una coincidencia cambie abruptamente.
^ Las estaciones de AM a menudo están obligadas, según los términos de sus licencias de operación, a evitar señales en direcciones que interferirían con las transmisiones de otras estaciones. La estación transmisora también se beneficia de que una mayor parte de la potencia de la señal de la estación (su factura eléctrica es un costo operativo ) va a su área objetivo asignada, en la que se basan sus ingresos por publicidad .
El ajuste de las ATU en un conjunto de torres múltiples es un proceso complicado que requiere mucho tiempo y requiere una experiencia considerable y equipos de medición avanzados.

Referencias

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"Los nombres 'sintonizador de antena' , 'unidad de sintonización de antena' o 'ATU' han reemplazado el nombre 'acoplador de antena' utilizado en este artículo".
Su declaración es un comentario editorial, no contenido en el artículo original de 1968:
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Otras lecturas

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enlaces externos

"Sitio web de la American Radio Relay League" (página principal).
Cómo funcionan los sintonizadores de antena. grupo lcf - a través de YouTube.