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