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Eslabon

Acoplamiento inductivo a eslabón por LU3AGI

Ya a finales del siglo XIX, a medida que aumentaban las naves de ultramar que utilizaban comunicación inalámbrica la intervención de Oliver Lodge desde su aporte teórico y Guillermo Marconi desde la aplicación práctica acuden a resolver dos de las situaciones más importantes que limitaban el tráfico radioeléctrico, el circuito sintonizado y el acoplamiento inductivo a la carga [jdb1]

Hasta la década del 60, era común que los radioaficionados utilizaran en la construcción de sus transmisores el acoplamiento inductivo a sus antenas, genéricamente conocido como acoplamiento a eslabón, con algunas limitaciones de orden constructivo a la hora de encarar la construcción de transmisores multibanda.

Ya a finales de la década del 60, con la popularización del uso del cable coaxil que permitía llevar la potencia a la carga por medio de una línea de baja impedancia cuya construcción blindada hacía posible instalar la línea de modo conveniente en contacto con la mampostería para disimular en muchos casos la instalación en edificios de propiedad horizontal que se reproducían incesantemente en las grandes urbes, el circuito de acoplamiento inductivo va a ser reemplazado por el circuito de acoplamiento PI que facilitaba la construcción de transmisores multibanda, no obstante, a pesar de haberse impuesto no solo por su practicidad sino también por su rendimiento el uso del acoplamiento en PI, no es de despreciar recorrer los secretos de la implementación del acoplamiento inductivo a líneas coaxiles planas.

Si la línea es más larga que una pequeña fracción de la longitud de onda, deberá ajustarse la resistencia de carga en su extremo de salida para satisfacer la adaptación de impedancias, recurriendo si es necesario, al uso de circuitos adaptadores. Este procedimiento reduce pérdidas en la línea a un mínimo y hace que los ajustes del acoplamiento a la salida del transmisor sean independientes del largo de la línea. Los circuitos de adaptación adecuados para interponer entre el cable coaxil y otro tipo de líneas y los ajustes necesarios en el caso en que la carga es el circuito de reja de un amplificador posterior será motivo de desarrollo independiente.

 

Acoplamiento no sintonizado

Suponiendo que la línea está correctamente terminada, la carga conveniente del amplificador quedará asegurada, si:

1) el circuito tanque de placa tiene Q razonablemente elevado. Un valor de 10 es por lo común suficiente

2) La inductancia del eslabón de acoplamiento tiene valor próximo al óptimo para la frecuencia de trabajo y el tipo de línea utilizado. La bobina de acoplamiento óptima es la que tiene inductancia tal que su reactancia a la frecuencia de trabajo es igual a la impedancia característica de la línea Zo.

3) Es posible hacer muy estrecho el acoplamiento entre el tanque y la bobina de acoplamiento.

El segundo punto parece que es difícil de cumplir, pocas bobinas eslabón se ven que tengan la reactancia necesaria para acoplar a una línea de 50 Ohm en las frecuencias más bajas. Si la línea trabaja con baja r.o.e., exigirá acoplamiento muy estrecho entre las dos bobinas. Y, puesto que el secundario (bobina eslabón) no es resonante, su reactancia de dispersión causará alguna desintonía del circuito tanque del amplificador. Este efecto de desintonía aumenta al estrechar el acoplamiento. El amplificador ha de ser reajustado a resonancia cada vez que se modifica el acoplamiento.

Este acoplamiento solía encontrarse en otra variante, el eslabón móvil, que permitía un acoplamiento variable, de un mínimo a un máximo en forma continua.

 

 

Valores de inductancia de eslabones requerida para acoplar líneas coaxiles planas (aperiódicas) de 50 Ohm

MHz

uHy

3,5

2,27

7

1,14

14

0,57

21

0,38

28

0,28

 

Cuando la bobinas eslabón no tiene la reactancia necesaria para acoplar a una línea de 50 Ohm se puede recurrir a insertar un circuito en disposición L entre el eslabón y la línea que permita transformar la reactancia presentada por el eslabón al valor de la impedancia característica de la línea.

Acoplamiento sintonizado

Las dificultades de proyecto que presenta el acoplamiento no sintonizado expuesto, se evita recurriendo a un circuito de acoplamiento sintonizado a la frecuencia de trabajo. Con ello se consigue, además, alguna selectividad adicional, favoreciendo la reducción de las  armónicas y otras radiaciones espurias.

Si la línea es plana (aperiódica), su impedancia de entrada será esencialmente resistiva e igual a la Zo de la línea. Con un cable coaxil, se logra un circuito de Q razonable con valores de inductancia y capacitancia conectados en serie con los terminales de entrada de la línea.

El circuito mostrado es adecuado para éste método de acoplamiento. El Q del circuito de acoplamiento puede ser tan pequeño como 2 sin que se experimenten dificultades al pretender obtener acoplamiento correcto a un circuito tanque bien proyectado. No es conveniente la utilización de Q por debajo de 2 ya que puede demostrarse que para valores por debajo de 2 la frecuencia de resonancia es dependiente de las resistencias involucradas en el circuito, pero pueden usarse valores mayores de Q, y con ello el acoplamiento se facilita, pero a medida que se aumenta el Q disminuye el rango de frecuencias sobre el cual es posible hacer funcionar el circuito sin necesidad de reajustarlo. Es de buena práctica, pues, usar un Q justamente suficiente para permitir buen funcionamiento sobre toda la parte de la banda utilizada en un tipo dado de operación sin recurrirse al reajuste de la sintonía al cambiar de frecuencia.

En la tabla aquí incluida se dan los valores de capacitancia que se necesitan para obtener un Q de 2 con lineas de 50 Ohm. Los valores son los máximos que conviene utilizar. La inductancia habrá que ajustarla de modo de lograr resonancia a la frecuencia de trabajo. Si la bobina de acoplamiento usada en un caso particular es insuficiente para obtener resonancia, la inductancia adicional requerida puede conectarse en serie, según se muestra en la siguiente figura

 

 

Valores mayores utilizables de Capacitancia requerida para acoplar líneas coaxiles planas (aperiódicas) de 50 Ohm con circuitos de acoplamiento sintonizados para un Q = 2

MHz

pF

3,5

450

7

230

14

115

21

80

28

60

 

Conclusiones

En la práctica, la cantidad de inductancia en el circuito ha de elegirse de modo que con un acoplamiento algo flojo entre L1 y la bobina tanque del amplificador, la corriente de placa del amplificador aumente cuando C1 se sintoniza pasando por el valor de capacitancia dado en la tabla. Se aumentará después el acoplamiento entre las dos bobinas hasta lograr carga normal del amplificador sin retocar ya la posición de C1 Si la línea de transmisión es plana sobre toda la extensión de la banda que interesa y se usan valores de C1 indicados en la tabla, no será necesario reajustar éste último al cambiar de frecuencia. Sin embargo, es poco probable que la línea se mantenga plana sobre un  rango de frecuencia semejantes, de modo que en general será necesario retocar C1 para compensar las variaciones que la impedancia de entrada de la línea experimenta con el cambio de frecuencia.

Cuando las variaciones de impedancia no son muy grandes, el capacitor C1 puede usarse como control de la carga, sin necesidad de modificar el acoplamiento entre L1 y la bobina del circuito tanque.

El grado de acoplamiento entre L1 y la bobina del circuito tanque de placa, dependerá del Q del circuito de acoplamiento. Con un Q de 2, el acoplamiento será estrecho, como el típico que se encuentra en las bobinas con acoplamiento fijo.

Con una bobina de acoplamiento del tipo movible, a veces resulta necesario aumentar el Q del circuito de acoplamiento para permitir adecuada transferencia de potencia. El aumento de este Q se obtendrá aumentando la relación L/C del circuito de acoplamiento.

Referencias Bibliográficas

1) Innovation and the communicatios revolution from the victorian pioneers to broadband internet . John Bray.  Chapter 7.  Pionners of radio communications.

2) Pag. 159. The Radio Amateur´s Handbook. Manual de Radio para el Aficionado. En Castellano. Arbó. Buenos Aires. Argentina. 1968

 

 [jdb1]Los transmisores de chispa en uso  irradiaban una amplia banda de frecuencias, con el fin de que un receptor intente  captar  estas señales débiles de este transmisor distante. El hecho es que estas señales  podrían ser interferidas por las señales más fuertes de un transmisor cercano.

Tal interferencia podría tener consecuencias no deseadas – por ejemplo, para la búsqueda de un navío de ultramar que se encontraba distante. Con el aumento en número y potencia de las estaciones radioeléctricas, la probabilidad de interferencia también estaba en aumento.

La solución a estos problemas fue encontrado por el principio de ‘tuning‘/ ‘sintonia‘, el uso
de circuitos resonantes para limitar la propagación de las frecuencias radiadas por un transmisor y la banda de frecuencias a las que su receptor responde.

 

Una importante demostración fue la del  Sir Oliver Lodge en 1889 sobre el principio de ‘sintonía’ en el que un aro de alambre (receptor) fue llevado a resonancia con otro (transmisor) energizado con una bobina de inducción chispa, ajustando su longitud efectiva para corresponder con la del transmisor.

Contribución adicional de Marconi – consagrado en el Nº de Patente 7777 de abril de
1900 – fue para acoplar la antena transmisora ​​a la bobina de inducción, y la antena receptora del cohesor, a través de un “transformador de alta frecuencia”, un aprovechamiento de inductancia en serie con la antena y un condensador (botella de Leyden) la capacitancia del que podrían ser variados para llevar el transmisor y el receptor en resonancia.

 

 

 

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Última modificación: 13 de octubre de 2016