ACOPLADORES Y SINTONIZADORES DE ANTENAS DE HF
## Sintonizadores y acopladores de antena. Características Los sintonizadores y los acopladores de antena son sencillos dispositivos que se usan para la adaptación en impedancias del sistema radiante al equipo transceptor de radio, para que éste vea un bajo nivel de ROE en transmisión y transfiera el máximo de energía, y mejore la recepción. Son de uso típico en bandas de HF, típicamente por los radioaficionados, cuando se pretende cubrir con una sola antena varias bandas de trabajo, ya que en estos casos, la antena puede ser resonante en algunas bandas, mostrando en éstas un ROE bajo, pero en otras bandas la antena puede estar totalmente desadaptada y fuera de resonancia, mostrando una ROE elevada. Es el caso del uso de una antena de hilo largo, o de una antena dipolo, por poner dos ejemplos. También se usan para adaptar en impedancias antenas que siendo resonantes, no se adaptan en impedancia a la línea de transmisión, lo que da lugar también a un aumento de la ROE sobre el transmisor. En todo caso, el uso de un sintonizador o acoplador introduce pérdidas en la señal transmitida, pero el nivel de pérdidas es inferior a las que se dan en el cable coaxial o línea de transmisión empleada cuando la ROE es alta. Sólo cuando las impedancia de carga es muy baja (caso de las antenas muy cortas comparadas con la longitud de onda), las pérdidas que introduce son significativas. Los sintonizadores y los acopladores están construidos con bobinas fijas y variables, típicamente con tomas intermedias, y condensadores variables de emisión, y permiten adaptar las impedancia de entrada (lado del transceptor) a la impedancia de salida (lado de antena), para que el transceptor quede correctamente cargado (ROE bajo), pero ello no necesariamente garantiza que el sistema de antena sea resonante a la frecuencia de trabajo. Básicamente lo que hacen es transformar el componente resistivo de la impedancia del sistema de antena a un valor de 50 ohmios e introducir una cierta cantidad de reactancia, capacitativa o inductiva, para cancelar la reactancia serie inductiva o capacitativa (respectivamente) del sistema de antena, adaptando así la impedancia del sistema de antena a la impedancia de 50 ohmios del equipo de radio, y reducir su tasa de ROE, visto todo ello desde el lado del transceptor. La diferencia entre ambos tipos de dispositivos, que son muy similares, está en donde se ubica el dispositivo: Un sintonizador de antena se ubica normalmente en la salida de antena del transceptor, o intercalado en la línea de alimentación en un punto próximo al transceptor. Por ello adapta en impedancias la salida de antena del tranceptor al sistema constituido por la línea de alimentación y la antena. En algunos ámbitos se denomina también como "Transmach". El acoplador de antena se ubica en el punto de conexión de la línea de alimentación a la antena, por lo que adapta la propia antena a la línea de alimentación. Dado que normalmente la línea de alimentación está adaptada a la impedancia de salida del transceptor (ya que son impedancias estándard, típicamente de 50 o 75 ohmios), el acoplador es mejor opción que el sintonizador, pero tiene el inconveniente de su ubicación, normalmente fuera del alcance del usuario, si bien los ajustes pueden realizarse a distancia en acopladores preparados para ello, los "acopladores remotos" (con el telecontrol de las bobinas y condensadores variables y la alimentación para los telemandos enviados por el propio cable coaxial de antena o por cables aparte). Mientras que el acoplador sólo adapta la antena, y además se aprovecha para sintonizarla a resonancia, el sintonizador hace que se adapte en impedancia y se sintonice a resonancia el conjunto de la línea de alimentación y la antena, por lo que la línea de alimentación pasa a comportarse como parte del sistema radiante, y por ello puede radiar parte de la energía de RF transmitida hacia la antena, por circulación de corrientes de RF por la malla de la línea de alimentación coaxial, con los problemas que ello conlleva (riesgos de interferencias a otros equipos próximos, etc...), además de modificar el diagrama de radiación de la propia antena, estropeándolo. Por otro lado, el sintonizador no corrige las desadaptaciones que puedan existir entre la línea de transmisión y la antena (la desadaptación, y la correspondiente ROE en la línea de transmisión, continúarán ahí), sólo realiza la adaptación de impedancias del transmisor al conjunto línea-antena, para que el transmisor vea una ROE baja que no le perjudique. Esto no ocurre con el acoplador de antena, ya que por su ubicación no afecta a la línea de transmisión, y realmente adapta la impedancia de la línea de transmisión a la de la antena, obteniéndose una ROE baja (y de paso, sintonizando la antena). Por ello, el nombre de sintonizador de antena no es el más adecuado para este tipo de dispositivo, ya que no sintoniza una antena fuera de resonancia, sino que corrige la desaptación de impedancias entre el transmisor y el extremo de la línea de transmisión para que el tranmsisor vea una ROE baja. ## Aspectos varios Los sintonizadores y acopladores comerciales pueden encontrarse en versiones de alta y de baja potencia, de ajuste manual (se ajustan los mandos observando un medidor) o de ajuste automático (se ajustan ellos mismos), y para ser instalados en el interior (sintonizadores) o en el exterior junto a la antena (acopladores). Otros sintonizadores van incorporados ya de serie en el interior de algunos transceptores de HF. Comercialmente no se fabrican y venden sintonizadores y acopladores para las bandas de VHF y superiores, ya que normalmente las antenas de estas bandas son monobanda, de pequeño tamaño comparadas con las de bandas de HF, y se fabrican ya sintonizadas y bien adaptadas a las impedancias de línea habituales (50 ó 75 ohmios), y una antena que muestre una desadaptación de impedancias importante y que parezca que necesite requerir de uno de estos equipos, es sencillamente, una antena que está defectuosa, o algo se ha montado mal en la instalación de la antena. Si no fuera así, es más efectivo ajustar la antena antes que usar un acoplador o sintonizador. La mayoría de los sintonizadores tienen tomas asimétricas tipo SO 239, para la conexión de cables de alimentación coaxiales, y algunos de ellos incorporan una salida balanceada (simétrica) con un par de hembrillas, para la conexión de una línea de alimentación paralela. Según la configuración del circuito que empleen, los sintonizadores pueden ser de tipo en L, en Pi, o en T (e incluso una combinación de estos tipos), según cómo estén dispuestos condensadores y bobinas. Cada tipo de circuito tiene sus ventajas.
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     Entrada                  -----     Salida           SINTONIZADOR EN L
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                                              Lv : Bobina variable o con tomas
                                                   intermedias
                                              L  : Bobina fija
                                              Entrada: Lado transceptor
                                              Salida: Lado antena

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    Entrada  -----            -----     Salida            SINTONIZADOR EN PI
             ----- Cv     Cv  -----
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                Cv    __        Cv    __
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                           )  L
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      Entrada              |     |        Salida               SINTONIZADOR EN T
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Los sintonizadores comerciales usan bobinas con varias tomas intermedias o con toma deslizante a lo largo del cuerpo de la bobina, y condensadores variables, típicamente de placas metálicas separadas por aire. En algunos modelos, algunos condensadores variables pueden ser del tipo condensador diferencial, que es un tipo de condensador doble o de dos secciones, generalmente de dieléctrico de aire, formado por dos secciones con sus respectivas chapas móviles, soportadas al eje de giro, desfasadas 180 grados, de modo que cuando una de las dos secciones aumenta su capacidad al girar el eje, la otra sección disminuye su capacidad en igual valor. A la práctica, y para los radioaficionados, un sintonizador o acoplador que deba operar en frecuencias de 80 a 10 metros (3 a 30 MHz), deberá incorporar un condensador variable de al menos 200 pF de capacidad máxima. Para operar también en la banda de 160 metros (1,8 MHz), el condensador variable ha de ser de al menos 500 pF de capacidad máxima. Los componentes utilizados han de ser acordes con las potencias de RF manejadas: Típicamente se realizan con condensadores de placas metálicas separadas por aire, con una separación entre placas acorde a las potencias de transmisión y las tensiones de RF que pueden originarse entre las placas del condensador (que pueden llegar a ser muy elevadas). Esto es necesario en los sintonizadores y acopladores que manejen potencias elevadas. Por motivos similares, es necesario que las bobinas se realicen con hilo bastante grueso (o fino tubo metálico de cobre que se pueda doblar bien) para soportar corrientes de RF elevadas. Para potencias no demasiado elevadas pueden usarse condensadores variables de placas metálicas recuperados de viejos receptores de radio de lámparas para la realización casera de un acoplador o adaptador de antena. Y para potencias bajas (máximo unos pocos watios, como puede ser en equipos QRP o para transceptores de Banda Ciudadana), se pueden emplear condensadores variables como los empleados en receptores de radio con bandas de Onda Media/Larga/Corta (que operan bien con tensiones de RF bajas), y bobinas realizadas con hilo más fino, de 1-2 mm de diámetro. El ajuste de estos circuitos típicamente consiste en conmutar las tomas intermedias de las bobinas de ajuste manteniendo los condensadores variables a medio recorrido, buscando la menor ROE (que puede seguir siendo elevada), y después reajustar los condensadores variables para reducir la ROE a valores muy bajos (ver más abajo el correcto método de ajuste). Para esta operación se transmitirá una portadora continua de baja potencia. Normalmente, distintas tomas intermedias de la bobina pueden corresponder a las distintas bandas de operación en HF. En el caso de los acopladores automáticos, existe un microprocesador con un programa que controla una serie de relés cuyos contactos seleccionan las tomas intermedias de la bobina, y controla unos motores con demultiplicación acoplados a los ejes de los condensadores variables para controlar el ajuste de estos. Los condensadores variables pueden ser incluso sustituidos por conjuntos de condensadores fijos de distinto valor, que se van conectando en paralelo o desconectando gracias a unos relés controlados por el microprocesador. El acoplador automático incluye un sensor de ROE y otros de fase, y/o sensores de tensión y de corrientes de RF, cuyas señales son entregadas al microcontrolador para que realice el control adecuado sobre relés y motores que controlan los elementos de ajuste del sintonizador, compobando la reactancia de carga en cada momento y buscando mediante el procedimiento de prueba y error al actuar los componentes del acoplador un valor de ROE inferior a un valor dado (usualmente 1,5:1). Algunos modelos comerciales de sintonizadores automáticos incluyen una función de sencillo frecuencímetro y una memoria, lo que les permite memorizar las condiciones de mejor ajuste en las distintas bandas de operación en HF, y ello permite que en operaciones posteriores o cambios de banda el sintonizador reponga inmediatamente la condición de ajuste memorizada adecuada a cada circunstancia. ## Características de los distintos tipos de circuitos Como se ha comentado, cada configuración del circuito del sintonizador tiene sus caracterísiticas particulares: En la configuración en L se hace uso de una bobina y un condensador, y puede adoptar dos disposiciones: Con el condensador a la salida de la bobina (lado antena). Es una disposición bastante adecuada para antenas de hilo largo o de cualquier longitud que exhiban una impedancia mayor a la de salida del transceptor (típicamente 50 ohmios). Con el condensador a la entrada de la bobina (lado transmisor). Es una disposición bastante adecuada para antenas cortas o de cualquier otro tipo que exhiban una impedancia menor a la de salida del transceptor (por debajo de 50 ohmios). Es muy útil para adaptar antenas a las bandas bajas de HF o a los 160 m, cuando la longitud de la antena es corta y por tanto presenta baja impedancia. Pueden realizarse acopladores con configuración en L donde el condensador variable o conjunto de condensadores fijos conmutables se conecten a la entrada o a la salida de la bobina mediante un conmutador (en acopladores manuales) mediante los contactos de un relé de control (en los acopladores automáticos). El circuito en PI es más versátil y funciona casi con cualquier tipo de antena que se pueda imaginar (dipolos, directivas, verticales, cuadros..), ya que proporciona el máximo rango de impedancias a acoplar. En efecto, si uno de los condensadores variables del circuito se ajusta cerca de su capacidad mínima, y el otro cerca de su máximo, el circuito en Pi tiene un comportamiento similar al circuito sintonizador en L. La disposición en L en este caso tiene las dos variantes, según cual sea el condensador que se pone a su valor mínimo (el de entrada o el de salida), de ahí que el circuito en pi pueda adaptar tanto bajas impedancias como altas impedancias. Y por otro lado si se cortocircuita la bobina, los dos condensadores variables quedan en paralelo, proporcionando una capacidad mayor al sistema radiante. Y si se dejan los dos condensadores a su mínimo valor, y se usa gran parte de la bobina, el acoplamiento será a través de inductancia casi pura. En algunos modelos en pi, los dos condensadores variables, de entrada y de salida, son sustituidos por un condensador diferencial, de manera que cuando aumenta la capacidad de una de las secciones variables, disminuye la capacidad de la otra. El circuito en T es tan versátil como el circuito en Pi, pero su margen de acoplo es algo más amplio. En éste se introduce una bobina fija en serie con la bobina de tomas intermedias, para evitar la posibilidad de un cortocircuito de la RF directo a masa. ## Modo de ajuste recomendado Cuando se ajusta debidamente un sintonizador o acoplador suele resultar bastante eficiente. Un correcto ajuste supone usar la menor inductancia posible de la bobina variable o ajustable del acoplador o sintonizador, realizando los ajustes finales con los condensadores variables de éste. Muchos radioaficionados ajustan habitualmente el sintonizador o acoplador ajustando la bobina variable al máximo ruido de fondo en recepción (buscando un primer ajuste en la banda de operación), y luego en transmisión (con una portadora de baja potencia) ajustan los condensadores variables a mínima ROE. En un correcto ajuste, se obtienen mejores resultados realizando primero el ajuste de la bobina del sintonizador o acoplador llevándolo al punto en que en recepción las señales y el ruido de la banda de trabajo empiezan a aumentar, y luego buscar en recepción el máximo ruido y luego en transmisión la mínima ROE ajustando los condensadores variables. ## Recomendación de antena acoplada para operar en todas las bandas de HF Para el caso de los radioaficionados que operan en las bandas de HF (ondas cortas), se debe evitar que el elemento radiante pueda ser resonante a media onda en alguna de las bandas de trabajo, para evitar tensiones de RF muy elevadas durante las transmisiones en los elementos del acoplador, si éste está colocado en la base del elemento radiante (un acoplador remoto). Para ello el elemento radiante ha de ser un hilo largo o tubo metálico (de aluminio) de 13,10 metros (43 pies) de longitud (en el caso de una antena vertical sobre plano de tierra, o longitud por cada rama si se trata de una antena dipolo). Ello garantiza que en las distintas bandas de radioaficionado en HF no se produzcan perniciosas resonancias de media onda en el elemento radiante.