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Acoplamiento
inductivo a eslabón
por LU3AGI
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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]
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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.
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Acoplamiento no sintonizado
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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.
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Este
acoplamiento solía encontrarse en otra variante, el eslabón móvil, que permitía
un acoplamiento variable, de un mínimo a un máximo en forma continua.
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Valores
de inductancia de eslabones requerida para acoplar líneas coaxiles planas
(aperiódicas) de 50 Ohm
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MHz
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uHy
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3,5
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2,27
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7
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1,14
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14
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0,57
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21
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0,38
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28
|
0,28
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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.
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Acoplamiento sintonizado
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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.
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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
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Valores
mayores utilizables de Capacitancia requerida para acoplar líneas
coaxiles planas (aperiódicas) de 50 Ohm con circuitos de acoplamiento
sintonizados para un Q = 2
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MHz
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pF
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3,5
|
450
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7
|
230
|
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14
|
115
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21
|
80
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28
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60
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Conclusiones
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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.
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Referencias Bibliográficas
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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
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