Adaptación de Impedancias:

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María Concepción Vargas Luna
hace 7 años
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1 Adaptación de Impedancias: Para que la energía que aporta un generador sea aprovechada en óptimas condiciones por el receptor las impedancias internas de ambos deben ser conjugadas: Las partes reales (Resistiva) iguales, y las reactivas, una Inductiva y la otra Capacitiva.

2 En el caso de las antenas, el mismo cable es un componente más, y tiene su impedancia característica. Por ello, entre antena y transmisor (o receptor) hay que intercalar dos adaptaciones de impedancia: 1.- Entre Antena-Cable. 2.- Entre Cable-Receptor (o transmisor).

3 Impedancia de una línea: Observando los dos conductores que lo componen, el cable ofrece: 1.- Resistencia Óhmica. Porque el conductor no puede ser ideal y tiene una resistividad o conductividad, según pongamos el parámetro en el numerador (R) o denominador (G). 2.- Capacidad. Porque entre ambos conductores hay un aislante con una permitividad εr. 3.- Inductancia.- Porque los conductores de ida y vuelta forman una espira y están inmersos en un medio de permeabilidad μr. La resistencia aumenta con la longitud del cable, pero en el contexto de las altas frecuencias pasa desapercibida en comparación con los efectos inductivo y capacitivo. La Inductancia y Capacidad aumentan con la longitud y se expresan en : Henrios Metro H m y Faradios Metro F m

4 Por otro lado, el modelo que representa la impedancia de una línea de transmisión es: Z 0 = R + jωl C + jωc Que se puede simplificar en: Z 0 = L C = L m l C m l = L característica C característica Lo que significa que a fin de cuentas, la Impedancia que ofrece el cable para altas frecuencias queda definida por su forma y calibre, pero no por su longitud.

5 El cable Coaxial: Aunque sirve cualquier tipo de cable, para altas frecuencias es preferible el Cable Apantallado. El conductor exterior (Malla) hace de Pantalla, produciendo el confinamiento de la energía que de ser cable no apantallado radiarían al exterior sus conductores.

6 El de menor diámetro tiene una impedancia de 50Ω. El otro, de 75Ω. Generalmente se usan cables de 75Ω para televisión y 50Ω para el resto porque a finales de los años 20 en los laboratorios Bell se hicieron una serie de pruebas para determinar a qué impedancia se obtenían los resultados más óptimos para alta potencia, alto voltaje y baja atenuación, llegando a la conclusión de que los valores más adecuados eran 33, 60 y 77Ω respectivamente. A la derecha, el típico cable de antena, de 75Ω

7 El cable de muy baja impedancia, empleado en el tendido de TV por cable, es muy grueso y de elevada calidad. En los últimos años el abaratamiento impuesto por el mercado ha introducido versiones, como la de la foto de la derecha, de una calidad ínfima.

8 Pero el coaxial no es el único que se utiliza. Existe una versión de cable paralelo, de aislante ancho (en forma de cinta), cuya impedancia característica es de 300Ω, de muchas pérdidas, pero muy práctico para resolver el primer tramo de bajada de antenas Yagi, siempre que éste sea muy corto. Incluso el cable paralelo corriente puede ser empleado, eso sí, en recepción de señales que llegan con mucha amplitud.

El transformador como adaptador: Amén del conductor de cobre, para la transferencia de la energía de CA el transformador es el aliado más valioso porque además

9 El transformador como adaptador: Amén del conductor de cobre, para la transferencia de la energía de CA el transformador es el aliado más valioso porque además de no ser imprescindible conectar físicamente ambos puertos: Es posible hacer que cada puerto "vea" la impedancia del otro transformada de la manera más provechosa.

10 En el transformador la relación de voltajes entre primario y secundario obedece a la relación espiras: v 1 = n 1 v 2 n 2 La relación de corrientes es igual, pero inversa: i 1 = n 2 i 2 n 1 La relación que guardan entre sí las impedancias, que es la razón de la tensión y la intensidad, queda en la forma: z 1 z 2 = v 1 i1 2 v 2 i2 = n 1 n 2 2

11 En el contexto de las altas frecuencias es muy sencillo construir transformadores porque no se precisa núcleo de gran permeabilidad. Con una bobina sin núcleo de 1cm de ancho, 1cm de diámetro y 10 espiras ya se obtiene una inductancia de: L = 4π10 7 π 0, m m 10 2 espiras 1μH

Para una frecuencia de 1 MHz la impedancia que ofrece esta inductancia es aún muy pequeña: Z L = j L = j 2π 10 6 Hz 1 10 6 H j6,28 Pero montándola sobre un núcleo de ferrita, cuya permeabilidad es

12 Para una frecuencia de 1 MHz la impedancia que ofrece esta inductancia es aún muy pequeña: Z L = j L = j 2π 10 6 Hz H j6,28 Pero montándola sobre un núcleo de ferrita, cuya permeabilidad es unas 10 veces mayor, en frecuencias de VHF (30 a 300 MHz) se alcanza el kω Para obtener valores similares en UHF, como las frecuencias van desde 300 MHz a 900 MHz, no es necesario ni eso. Así pues, es posible construir arrollamientos con una importante inductancia mutua, que es la esencia de los transformadores.

El Autotransformador: En el ámbito de las radiofrecuencias se utiliza más el Autotransformador porque en el acoplamiento se mantiene el carácter galvánico de la conexión.

13 El Autotransformador: En el ámbito de las radiofrecuencias se utiliza más el Autotransformador porque en el acoplamiento se mantiene el carácter galvánico de la conexión. Es fácil demostrar que la sección de la izquierda se comporta como un devanado primario de (N2+N1) espiras, y la de la derecha como un secundario de (N1) espiras. Las cálculos sobre el reflejo de las impedancias conectadas en cada lado siguen la misma pauta que los de un transformador corriente.

Adaptador 300 a 75 : Lo podemos resolver construyendo un devanado como el de nuestro ejemplo, poniendo en extremos del cable de 75 10 espiras, y en total (contando con

14 Adaptador 300 a 75 : Lo podemos resolver construyendo un devanado como el de nuestro ejemplo, poniendo en extremos del cable de espiras, y en total (contando con estas 10) 20. Como la relación es cuadrática, los 75 que "ofrece" el cable coaxial (10 espiras) se convierten en extremos (20 espiras) en: Z 2 = Z 1 n 2 = = 300

15 El Balun: La carga, la antena y el cable pueden ser Balanceados o No balanceados (Unbalanced): 1.- La antena Monopolo es No balanceada, pues tiene una sola rama activa, yendo la otra a Tierra. 2.- La antena Dipolo es Balanceada, pues tiene dos ramas iguales. 3.- El cable Coaxial es No balanceado, pues tiene un vivo y una malla de blidaje que ha de ir a Tierra. 4.- El cable Paralelo es Balanceado, pues los dos conductores iguales si ninguno se ha mandado a Tierra. Si conectamos un sistema balanceado a un cable coaxial (no balanceado), la malla del cable se convierte en una prolongación del polo conectado con él, que de esta guisa actúa como una verdadera rama de antena.

16 En internet vemos cantidad de casos donde no se ha tenido en cuenta esta condición. Si la antena es de recepción el problema se reduce a un bajón de rendimiento, pero si es de transmisión puede convertirse en un importante problema de "estacionarias" (las ondas en lugar de ser radiadas revierten al amplificador de la emisora). Para resolver el caso hay que instalar un adaptador de impedancias cuyos puertos ofrezcan las configuraciones balanceada y no-balanceada adecuadas, aunque no se necesite adaptación propiamente dicha (la relación de impedancias se dimensiona a la unidad). A este dispositivo se le conoce con el familiar nombre de BALUN.

17 La figura es una conexión entre una antena que puede ser una Yagi de dipolo doblado (300 ) y un cable coaxial. En este caso hay una adaptación de impedancias y además la malla del cable coaxial está conectada a un punto neutro del transformador. Es un Balun eficaz y muy sencillo.

18 En este balun (el más popular) las impedancias que "ven" tanto el dipolo como el cable son las mismas. Sin embargo la malla del cable coaxial está conectada al punto neutro del dipolo. Es el caso de la adaptación entre el cable coaxial de 75 y el dipolo abierto, que tiene una impedancia muy parecida.

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