Sintonizador de antena

Parte de una serie sobre
Antenas
Tipos comunes Dipolo Fractal Bucle Monopolo Antena parabólica Televisión Látigo
Componentes Balun Bloque convertidor ascendente Cable coaxial Contrapeso (sistema de tierra) Alimentar Línea de alimentación Convertidor reductor de bloque de bajo ruido Radiador pasivo Receptor Rotador Talón Transmisor Sintonizador De doble derivación
Sistemas Granja de antenas Radioaficionado Red celular Punto de acceso Red inalámbrica municipal Radio Mástiles y torres de radio Wifi Inalámbrico
Seguridad y regulación Radiación de los dispositivos inalámbricos y salud Dispositivos electrónicos inalámbricos y salud Unión Internacional de Telecomunicaciones ( Reglamento de Radiocomunicaciones ) Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones
Fuentes de radiación/regiones Alineación Nube focal Plano de tierra Lóbulo principal Campo cercano y lejano Lóbulo lateral Plano vertical
Características Ganancia de matriz Directividad Eficiencia Longitud eléctrica Radio equivalente Factor Ecuación de transmisión de Friis Ganar Altura Patrón de radiación Resistencia a la radiación Propagación de radio Espectro radioeléctrico Relación señal-ruido Emisión espuria
Técnicas Dirección del haz Inclinación del haz Formación de haces Célula pequeña Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST) Massive Multiple-input multiple-output (MIMO) Reconfiguration Spread spectrum Wideband Space Division Multiple Access (WSDMA)
v t e

Un sintonizador de antena , una caja de cerillas , un transmatch , una unidad de sintonización de antena ( ATU ), un acoplador de antena o un acoplador de línea de alimentación es un dispositivo conectado entre un transmisor o receptor de radio y su antena para mejorar la transferencia de potencia entre ellos al hacer coincidir la impedancia de la radio con la línea de alimentación de la antena. Los sintonizadores de antena son particularmente importantes para su uso con transmisores. Los transmisores alimentan energía a una carga resistiva , muy a menudo de 50 ohmios, para la cual el transmisor está diseñado de manera óptima para la salida de potencia, la eficiencia y la baja distorsión. ^[1] Si la carga vista por el transmisor se aleja de este valor de diseño debido a una sintonización incorrecta de la combinación antena/línea de alimentación, la salida de potencia cambiará, puede producirse distorsión y el transmisor puede sobrecalentarse.

Las ATU son una parte estándar de casi todos los transmisores de radio; pueden ser un circuito incluido dentro del propio transmisor o una pieza separada de equipo conectada entre el transmisor y la antena. En los transmisores en los que la antena está montada separada del transmisor y conectada a él por una línea de transmisión ( línea de alimentación ), puede haber una segunda ATU (o red de adaptación ) en la antena para adaptar la impedancia de la antena a la línea de transmisión. En transmisores de baja potencia con antenas adjuntas, como teléfonos celulares y walkie-talkies , la ATU está fija para funcionar con la antena. En transmisores de alta potencia como las estaciones de radio , la ATU es ajustable para adaptarse a los cambios en la antena o el transmisor, y ajustar la ATU para que coincida con el transmisor y la antena es un procedimiento importante que se realiza después de que se hayan realizado cambios en estos componentes. Este ajuste se realiza con un instrumento llamado medidor de ROE .

En los receptores de radio, las ATU no son tan importantes, porque en la parte de baja frecuencia del espectro de radio, la relación señal/ruido (SNR) está dominada por el ruido atmosférico . No importa si la impedancia de la antena y el receptor no coinciden, de modo que parte de la potencia entrante de la antena se refleja y no llega al receptor, porque la señal se puede amplificar para compensarlo. Sin embargo, en los receptores de alta frecuencia, la SNR del receptor está dominada por el ruido en el extremo frontal del receptor , por lo que es importante que la antena receptora esté adaptada en impedancia al receptor para brindar la máxima amplitud de señal en las etapas del extremo frontal, para superar el ruido.

La impedancia de una antena es diferente en distintas frecuencias. Un sintonizador de antena adapta una radio con una impedancia fija (normalmente 50  ohmios para los transceptores modernos) a la combinación de la línea de alimentación y la antena ; es útil cuando la impedancia observada en el extremo de entrada de la línea de alimentación es desconocida, compleja o diferente de la del transceptor. El acoplamiento a través de una ATU permite el uso de una antena en una amplia gama de frecuencias. Sin embargo, a pesar de su nombre, un " sintonizador  " de antena en realidad adapta el transmisor solo a la impedancia compleja reflejada de vuelta al extremo de entrada de la línea de alimentación. Si tanto el sintonizador como la línea de transmisión no tuvieran pérdidas, la sintonización en el extremo del transmisor produciría de hecho una adaptación en cada punto del sistema transmisor-línea de alimentación-antena. ^[2] Sin embargo, en sistemas prácticos, las pérdidas en la línea de alimentación limitan la capacidad del "sintonizador" de antena para adaptarse a la antena o cambiar su frecuencia de resonancia .

Si la pérdida de potencia es muy baja en la línea que lleva la señal del transmisor a la antena, un sintonizador en el extremo del transmisor puede producir un grado útil de adaptación y sintonización para la antena y la red de líneas de alimentación en su conjunto. ^{[3] [4]} Con líneas de alimentación con pérdida (como el cable coaxial de 50 ohmios de uso común ), la transferencia de potencia máxima solo ocurre si la adaptación se realiza en ambos extremos de la línea. ^[5]

Si todavía hay una ROE alta (reflexiones múltiples) en la línea de alimentación más allá de la ATU, cualquier pérdida en la línea de alimentación se multiplica varias veces por las ondas transmitidas que se reflejan de ida y vuelta entre el sintonizador y la antena, calentando el cable en lugar de enviar una señal. Incluso con una unidad de adaptación en ambos extremos de la línea de alimentación (la ATU cercana que adapta el transmisor a la línea de alimentación y la ATU remota que adapta la línea de alimentación a la antena), las pérdidas en los circuitos de las dos ATU reducirán la potencia entregada a la antena. Por lo tanto, operar una antena lejos de su frecuencia de diseño y compensar con un transadaptor entre el transmisor y la línea de alimentación no es tan eficiente como usar una antena resonante con una línea de alimentación de impedancia adaptada , ni tan eficiente como una línea de alimentación adaptada desde el transmisor a un sintonizador de antena remoto conectado directamente a la antena.

En ocasiones, se incorporan transformadores , autotransformadores y baluns en el diseño de los sintonizadores de antena de banda estrecha y las conexiones de cableado de antena. Por lo general, todos ellos tendrán poco efecto en la frecuencia de resonancia de la antena o de los circuitos del transmisor de banda estrecha, pero pueden ampliar el rango de impedancias que el sintonizador de antena puede igualar y/o convertir entre cableado balanceado y no balanceado cuando sea necesario.

Los amplificadores de potencia de estado sólido que funcionan entre 1 y 30  MHz suelen utilizar uno o más transformadores de banda ancha enrollados en núcleos de ferrita . Los MOSFET y los transistores de unión bipolar están diseñados para funcionar con una impedancia baja, por lo que el primario del transformador suele tener una sola vuelta, mientras que el secundario de 50  ohmios tendrá de 2 a 4 vueltas. Este diseño de sistema de línea de alimentación tiene la ventaja de reducir la resintonización necesaria cuando se cambia la frecuencia de funcionamiento. Un diseño similar puede hacer coincidir una antena con una línea de transmisión ; por ejemplo, muchas antenas de TV tienen una impedancia de 300 ohmios y envían la señal al televisor a través de una línea coaxial de 75 ohmios. Un pequeño transformador de núcleo de ferrita realiza la transformación de impedancia de banda ancha. Este transformador no necesita, ni es capaz de, ajuste. Para el uso exclusivo de recepción en un televisor, la pequeña variación de ROE con la frecuencia no es un problema importante.

Cabe añadir que muchos transformadores basados ​​en ferrita realizan una transformación de balanceado a desbalanceado junto con el cambio de impedancia. Cuando está presente la función de balanceado a desbalanceado, estos transformadores se denominan balun ( o de lo contrario, unun ). Los balun más comunes tienen una transformación de impedancia de 1:1 o 1:4 .

Existen varios diseños para la adaptación de impedancias mediante un autotransformador , que es un transformador de un solo cable con diferentes puntos de conexión o tomas espaciadas a lo largo de los devanados. Se distinguen principalmente por su relación de transformación de impedancia (1:1, 1:4, 1:9, etc., el cuadrado de la relación de devanado), y si los lados de entrada y salida comparten una tierra común, o están adaptados desde un cable que está conectado a tierra en un lado ( no balanceado ) a un cable no conectado a tierra (generalmente balanceado ). Cuando los autotransformadores conectan líneas balanceadas y no balanceadas, se denominan baluns , al igual que los transformadores de dos devanados. Cuando se deben conectar dos cables o circuitos con diferentes conexiones a tierra, pero las conexiones a tierra se mantienen independientes, se utiliza en su lugar un transformador completo de dos devanados con la relación deseada.

El circuito que se muestra a la derecha tiene tres bobinados idénticos enrollados en la misma dirección alrededor de un núcleo de "aire" (para frecuencias muy altas) o de un núcleo de ferrita (para frecuencias medias o bajas). Los tres bobinados iguales que se muestran están cableados para una conexión a tierra común compartida por dos líneas no balanceadas (por eso, este diseño se denomina unun ) y se pueden usar como adaptación de impedancia 1:1, 1:4 o 1:9, según la toma elegida. (Los mismos bobinados se podrían conectar de forma diferente para formar un balun ).

Por ejemplo, si el lado derecho está conectado a una carga resistiva de 10  ohmios , el usuario puede conectar una fuente a cualquiera de los tres terminales sin conexión a tierra del lado izquierdo del autotransformador para obtener una impedancia diferente. Observe que en el lado izquierdo, la línea con más devanados mide una impedancia mayor para la misma carga de 10 ohmios en el lado derecho.

Los métodos de "banda estrecha" descritos a continuación cubren un rango de frecuencias mucho más pequeño, en comparación con los métodos de banda ancha descritos anteriormente.

Los métodos de adaptación de antenas que utilizan transformadores tienden a cubrir una amplia gama de frecuencias. Un solo balun típico disponible comercialmente puede cubrir frecuencias de 3,5 a 30,0  MHz , o casi toda la banda de radio de onda corta . La adaptación a una antena utilizando un segmento cortado de línea de transmisión (descrito a continuación) es quizás el más eficiente de todos los esquemas de adaptación en términos de potencia eléctrica, pero normalmente solo puede cubrir un rango de aproximadamente 3,5 a 3,7  MHz de ancho, un rango muy pequeño de hecho, en comparación con un balun de banda ancha. Los circuitos de acoplamiento de antena o de adaptación de línea de alimentación también son de banda estrecha para cualquier configuración única, pero se pueden resintonizar de manera más conveniente. Sin embargo, son quizás los menos eficientes en términos de pérdida de potencia (¡además de no tener adaptación de impedancia en absoluto!).

La inserción de una sección especial de la línea de transmisión, cuya impedancia característica difiere de la de la línea principal, se puede utilizar para adaptar la línea principal a la antena. Una línea insertada con la impedancia adecuada y conectada en la ubicación adecuada puede realizar efectos de adaptación complicados con una eficiencia muy alta, pero abarca un rango de frecuencia muy limitado. ^[6]

El ejemplo más simple de este método es el transformador de impedancia de cuarto de onda formado por una sección de línea de transmisión no adaptada. Si un cuarto de longitud de onda de un cable coaxial de 75 ohmios se conecta a una carga de 50 ohmios, la ROE en el cuarto de longitud de onda de 75 ohmios de la línea se puede calcular como 75 Ω / 50 Ω = 1,5; el cuarto de longitud de onda de la línea transforma la impedancia no adaptada a 112,5 ohmios (75 ohmios × 1,5 = 112,5 ohmios). Por lo tanto, esta sección insertada adapta una antena de 112 ohmios a una línea principal de 50 ohmios.

El transformador coaxial de 1 ⁄ 6  de longitud de onda es una forma útil de hacer coincidir 50 a 75 ohmios utilizando el mismo método general. ^[7] La ​​base teórica es una discusión del inventor, y una aplicación más amplia del método se encuentra aquí: Branham, P. (1959). Un transformador conveniente para hacer coincidir líneas coaxiales. Ginebra: CERN. ^[8]

Un segundo método común es el uso de un stub : una sección de línea en cortocircuito o abierta se conecta en paralelo con la línea principal. Con el cable coaxial, esto se hace utilizando un conector en "T". La longitud del stub y su ubicación se pueden elegir de manera de producir una línea adaptada debajo del stub, independientemente de la impedancia compleja o la ROE de la propia antena. ^[9] La antena J-pole es un ejemplo de una antena con un stub de adaptación incorporado.

A continuación se muestra el circuito básico necesario cuando se utilizan capacitancias e inductores concentrados. Este circuito es importante porque muchos sintonizadores de antena automáticos lo utilizan y también porque los circuitos más complejos se pueden analizar como grupos de redes L.

Se denomina red L no porque contenga un inductor (de hecho, algunas redes L constan de dos condensadores), sino porque los dos componentes forman ángulos rectos entre sí y tienen la forma de una letra inglesa "L" rotada y, a veces, invertida. La red "T" ("Tee") y la red π ("Pi") también tienen una forma similar a las letras inglesas y griegas que les dan nombre.

Esta red básica puede actuar como un transformador de impedancia . Si la salida tiene una impedancia que consta de resistencia R _carga y reactancia j  X _carga , mientras que la entrada se va a conectar a una fuente que tiene una impedancia de R resistencia _{de fuente y} j  X reactancia _{de fuente , entonces}

${\displaystyle X_{\text{L}}={\sqrt {{\Big (}R_{\text{source}}+jX_{\text{source}}{\Big )}{\Big (}(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})-(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}}){\Big )}}}}$

y

${\displaystyle X_{\text{C}}=(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}}){\sqrt {\frac {(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})}{(R_{\text{load}}+jX_{\text{load}})-(R_{\text{source}}+jX_{\text{source}})}}}}$.

En este circuito de ejemplo, X _L y X _C se pueden intercambiar. Todos los circuitos ATU que se muestran a continuación crean esta red, que existe entre sistemas con diferentes impedancias.

Por ejemplo, si la fuente tiene una impedancia resistiva de 50 Ω y la carga tiene una impedancia resistiva de 1000 Ω:

${\displaystyle X_{\text{L}}={\sqrt {(50)(50-1000)}}={\sqrt {(-47500)}}=j\,217.94\ {\text{Ohms}}}$

${\displaystyle X_{\text{C}}=1000{\sqrt {\frac {50}{(1000-50)}}}=1000\,\times \,0.2294\ {\text{Ohms}}=229.4\ {\text{Ohms}}}$

Si la frecuencia es 28 MHz,

Como,

${\displaystyle X_{\text{C}}={\frac {1}{2\pi fC}}}$

entonces,${\displaystyle 2\pi fX_{\text{C}}={\frac {1}{C}}}$

Entonces,${\displaystyle {\frac {1}{2\pi fX_{\text{C}}}}=C=24.78\ p{\text{F}}}$

Mientras que,${\displaystyle X_{\text{L}}=2\pi fL\!}$

entonces,${\displaystyle L={\frac {X_{\text{L}}}{2\pi f}}=1.239\ \mu {\text{H}}}$

Una red paralela, que consta de un elemento resistivo (1000 Ω) y un elemento reactivo (− j  229,415 Ω), tendrá la misma impedancia y factor de potencia que una red en serie que consta de elementos resistivos (50 Ω) y reactivos (− j  217,94 Ω).

Añadiendo otro elemento en serie (que tiene una impedancia reactiva de + j  217,94 Ω), la impedancia es de 50 Ω (resistiva).

La red L puede tener ocho configuraciones diferentes, seis de las cuales se muestran aquí. Las dos configuraciones que faltan son las mismas que las de la fila inferior, pero con el elemento paralelo (cables verticales) en el lado derecho del elemento serie (cables horizontales), en lugar de en el izquierdo, como se muestra.

En la discusión de los diagramas que siguen, el conector de entrada proviene del transmisor o "fuente"; el conector de salida va a la antena o "carga". La regla general (con algunas excepciones, descritas a continuación) es que el elemento en serie de una red L va en el lado con la impedancia más baja. ^[10]

Por ejemplo, los tres circuitos de la columna de la izquierda y los dos de la fila inferior que tienen el elemento en serie (horizontal) en el lado exterior se utilizan generalmente para aumentar la impedancia de una entrada de baja impedancia (transmisor) a una salida de alta impedancia (antena), de forma similar al ejemplo analizado en la sección anterior. Los dos circuitos superiores de la columna de la derecha, con el elemento en serie (horizontal) en el lado interior , son generalmente útiles para disminuir la impedancia de una entrada más alta a una salida más baja.

La regla general sólo se aplica a cargas que son principalmente resistivas , con muy poca reactancia . En los casos en que la carga es altamente reactiva , como una antena alimentada con señales cuya frecuencia está muy alejada de cualquier resonancia, puede ser necesaria la configuración opuesta. Si está lejos de la resonancia, los dos circuitos inferiores de reducción (de entrada alta a salida baja) se utilizarían en cambio para conectar un circuito de subida (de entrada baja a salida alta que es principalmente reactancia). ^[11]

Las versiones de paso bajo y paso alto de los cuatro circuitos que se muestran en las dos filas superiores utilizan solo un inductor y un capacitor. Normalmente, se preferiría el paso bajo con un transmisor para atenuar los armónicos, pero se puede elegir la configuración de paso alto si los componentes se obtienen de manera más conveniente, o si la radio ya contiene un filtro de paso bajo interno, o si se desea atenuar las frecuencias bajas, por ejemplo, cuando una estación de AM local que transmite en una frecuencia media puede estar sobrecargando un receptor de alta frecuencia .

El circuito de baja R y alta C se muestra alimentando una antena vertical corta, como sería el caso de una antena compacta y móvil o de otro tipo en frecuencias inferiores a la frecuencia de resonancia natural más baja de una antena . Aquí, la capacitancia inherente de una antena de cable corta y aleatoria es tan alta que la red L se realiza mejor con dos inductores , en lugar de agravar el problema utilizando un condensador.

Se muestra el circuito de baja R y alta L alimentando una pequeña antena de cuadro . Por debajo de la resonancia, este tipo de antena tiene tanta inductancia que si se le agrega una bobina, la reactancia se empeoraría aún más. Por lo tanto, la red L está compuesta por dos capacitores.

Una red L es el circuito más simple que logrará la transformación deseada; para cualquier antena y frecuencia dadas, una vez que se selecciona un circuito de las ocho configuraciones posibles (de las cuales seis se muestran arriba), solo un conjunto de valores de componentes hará coincidir la impedancia de entrada con la impedancia de salida . En contraste, los circuitos descritos a continuación tienen tres o más componentes y, por lo tanto, tienen muchas más opciones para la inductancia y la capacitancia que producirán una coincidencia de impedancia. El operador de radio debe experimentar, probar y usar el criterio para elegir entre los muchos ajustes que producen la misma coincidencia de impedancia.

Todo método de adaptación de impedancias introducirá alguna pérdida de potencia, que variará desde un pequeño porcentaje en el caso de un transformador con núcleo de ferrita hasta el 50 % o más en el caso de una unidad de tratamiento de aire compleja que no esté correctamente ajustada o que funcione en los límites de su rango de ajuste. ^[12]

En el caso de los sintonizadores de banda estrecha, la red L tiene la menor pérdida, en parte porque tiene menos componentes, pero principalmente porque necesariamente opera al nivel más bajo posible para una transformación de impedancia dada. Con la red L, la carga no es ajustable, sino que se fija a medio camino entre las impedancias de la fuente y la carga. Dado que la mayor parte de la pérdida en los sintonizadores prácticos se produce en la bobina, la elección de la red de paso bajo o de paso alto puede reducir la pérdida en cierta medida.${\displaystyle Q}$${\displaystyle Q}$

La red L que utiliza solo condensadores tendrá la menor pérdida, pero esta red solo funciona donde la impedancia de carga es muy inductiva, lo que la convierte en una buena opción para una antena de bucle pequeña . La impedancia inductiva también se produce con antenas de cable recto utilizadas en frecuencias ligeramente superiores a una frecuencia de resonancia , donde la antena es demasiado larga, por ejemplo, entre un cuarto y media onda de longitud en la frecuencia de funcionamiento. Sin embargo, las antenas de cable recto problemáticas suelen ser demasiado cortas para la frecuencia en uso.

Con la red T de paso alto, la pérdida en el sintonizador puede variar desde un pequeño porcentaje (si se sintoniza para la pérdida más baja) hasta más del 50 % si el sintonizador no está ajustado correctamente. El uso de la capacidad máxima disponible dará lugar a una pérdida menor que si uno simplemente sintoniza para una coincidencia sin tener en cuenta los ajustes. ^[13] Esto se debe a que el uso de más capacidad significa utilizar menos vueltas del inductor y la pérdida se produce principalmente en el inductor.

Con el sintonizador SPC las pérdidas serán algo mayores que con la red T, ya que la capacitancia agregada a través del inductor desviará algo de corriente reactiva a tierra que debe ser cancelada por corriente adicional en el inductor. ^[14] La desventaja es que la inductancia efectiva de la bobina aumenta, lo que permite el funcionamiento a frecuencias más bajas de lo que sería posible de otra manera.

Si se desea un filtrado adicional, el inductor se puede configurar deliberadamente con valores mayores, lo que proporciona un efecto de paso de banda parcial. ^[15] De esta manera, se pueden ajustar el T de paso alto, el π de paso bajo o el sintonizador SPC. La atenuación adicional en frecuencias armónicas se puede aumentar significativamente con solo un pequeño porcentaje de pérdida adicional en la frecuencia sintonizada.

Cuando se ajusta para una pérdida mínima, el sintonizador SPC tendrá un mejor rechazo de armónicos que el T de paso alto debido a su circuito de tanque interno. Cualquier tipo es capaz de un buen rechazo de armónicos si una pequeña pérdida adicional es aceptable. El π de paso bajo tiene una atenuación armónica excepcional en cualquier configuración, incluida la de pérdida más baja.

Se insertará una ATU en algún lugar a lo largo de la línea que conecta el transmisor o receptor de radio a la antena. ^[16] El punto de alimentación de la antena suele estar alto en el aire (por ejemplo, una antena dipolo ) o muy lejos (por ejemplo, una antena de cable aleatorio con alimentación final ). Una línea de transmisión, o línea de alimentación, debe llevar la señal entre el transmisor y la antena. La ATU se puede colocar en cualquier lugar a lo largo de la línea de alimentación: en el transmisor, en la antena o en algún lugar intermedio.

La sintonización de la antena se realiza mejor lo más cerca posible de la antena para minimizar la pérdida, aumentar el ancho de banda y reducir el voltaje y la corriente en la línea de transmisión. Además, cuando la información que se transmite tiene componentes de frecuencia cuya longitud de onda es una fracción significativa de la longitud eléctrica de la línea de alimentación, se producirá una distorsión de la información transmitida si hay ondas estacionarias en la línea. Las transmisiones de TV analógica y FM estéreo se ven afectadas de esta manera. Para esos modos, se requiere una adaptación en la antena.

Cuando es posible, resulta conveniente instalar un sintonizador automático o controlado a distancia en una caja resistente a la intemperie en la antena o cerca de ella, lo que permite obtener un sistema eficiente. Con un sintonizador de este tipo, es posible adaptar una amplia gama de antenas ^[17] (incluidas las antenas invisibles). ^{[18] [19]}

Cuando la ATU debe ubicarse cerca de la radio para un ajuste conveniente, cualquier ROE significativo aumentará la pérdida en la línea de alimentación. Por esa razón, cuando se utiliza una ATU en el transmisor, una línea de alimentación de baja pérdida y alta impedancia es una gran ventaja (línea de cable abierto, por ejemplo). Una longitud corta de línea coaxial de baja pérdida es aceptable, pero con líneas con pérdidas más largas, la pérdida adicional debido a la ROE se vuelve muy alta. ^[20]

Es muy importante recordar que cuando se adapta el transmisor a la línea, como se hace cuando la ATU está cerca del transmisor, no hay cambios en la ROE en la línea de alimentación. Las corrientes de reacción reflejadas desde la antena son retrorreflejadas por la ATU (normalmente varias veces entre las dos) y, por lo tanto, son invisibles en el lado del transmisor de la ATU. El resultado de las múltiples reflexiones es una pérdida compuesta, un voltaje o corrientes más altos y un ancho de banda reducido, ninguno de los cuales puede ser corregido por la ATU.

Es un error común pensar que una alta relación de ondas estacionarias (SWR) por sí sola causa pérdidas. ^[3] Una ATU bien ajustada que alimenta una antena a través de una línea de baja pérdida puede tener solo un pequeño porcentaje de pérdida adicional en comparación con una antena intrínsecamente adaptada, incluso con una alta SWR (4:1, por ejemplo). ^[21] Una ATU ubicada al lado del transmisor simplemente refleja nuevamente la energía reflejada desde la antena ("corriente de retroceso") nuevamente a lo largo de la línea de alimentación hasta la antena ("retrorreflexión"). ^[3] Las altas pérdidas surgen de la resistencia de RF en la línea de alimentación y la antena, y esas múltiples reflexiones debido a la alta SWR hacen que las pérdidas en la línea de alimentación se agraven.

El uso de una línea de alimentación de alta impedancia y baja pérdida con una ATU da como resultado muy poca pérdida, incluso con múltiples reflexiones. Sin embargo, si la combinación de línea de alimentación y antena es "perjudicial", entonces una ROE alta idéntica puede perder una fracción considerable de la potencia de salida del transmisor. Las líneas de alta impedancia, como la mayoría de las líneas de cables paralelos, transportan energía principalmente como alto voltaje en lugar de alta corriente, y la corriente por sí sola determina la potencia perdida por la resistencia de la línea. Por lo tanto, a pesar de la ROE alta, se pierde muy poca potencia en la línea de alta impedancia en comparación con la línea de baja impedancia, por ejemplo, un cable coaxial típico. Por esa razón, los operadores de radio pueden ser más informales al usar sintonizadores con una línea de alimentación de alta impedancia.

Sin una ATU, la ROE de una antena y una línea de alimentación no coincidentes puede presentar una carga inadecuada al transmisor, lo que provoca distorsión y pérdida de potencia o eficiencia con calentamiento y/o quema de los componentes de la etapa de salida. Los transmisores de estado sólido modernos reducirán automáticamente la potencia cuando se detecte una ROE alta, por lo que algunas etapas de potencia de estado sólido solo producen señales débiles si la ROE aumenta por encima de 1,5 a 1. Si no fuera por ese problema, incluso las pérdidas de una ROE de 2:1 podrían tolerarse, ya que solo el 11 por ciento de la potencia transmitida se reflejaría y el 89 por ciento se enviaría a través de la antena. Por lo tanto, la principal pérdida de potencia de salida con una ROE alta se debe a que el transmisor "reduce" su salida cuando se enfrenta a una corriente de contragolpe.

Los transmisores y amplificadores de válvulas suelen tener una red de salida ajustable que puede alimentar cargas no coincidentes con una relación de onda estacionaria (ROE) de hasta 3:1 sin problemas. En efecto, la red π incorporada de la etapa de salida del transmisor actúa como una ATU. Además, dado que las válvulas son eléctricamente robustas (aunque mecánicamente frágiles), los circuitos basados ​​en válvulas pueden tolerar corrientes de contragolpe muy altas sin sufrir daños.

Una de las aplicaciones más antiguas de los sintonizadores de antena es en los transmisores de radiodifusión de AM y de onda corta. Los transmisores de AM suelen utilizar una antena vertical (torre) que puede tener de 0,20 a 0,68 longitudes de onda. En la base de la torre se utiliza una ATU para adaptar la antena a la línea de transmisión de 50 ohmios del transmisor. El circuito más utilizado es una red en T, que utiliza dos inductores en serie con un condensador en derivación entre ellos. Cuando se utilizan varias torres, la red de ATU también puede proporcionar un ajuste de fase para que las corrientes en cada torre puedan estar en fase con respecto a las demás para producir un patrón deseado. Estos patrones suelen estar obligados por ley a incluir nulos en direcciones que podrían producir interferencias, así como para aumentar la señal en el área objetivo. El ajuste de las ATU en un conjunto de varias torres es un proceso complejo y que requiere mucho tiempo y una considerable experiencia.

En el caso de las ondas cortas internacionales (50 kW y más), se realizan frecuentes ajustes de antena como parte de los cambios de frecuencia que pueden ser necesarios de forma estacional o incluso diaria. Los transmisores de ondas cortas modernos suelen incluir circuitos de adaptación de impedancia integrados para una relación de onda estable (SWR) de hasta 2:1 y pueden ajustar su impedancia de salida en 15 segundos.

Las redes de adaptación de los transmisores a veces incorporan un balun o se puede instalar uno externo en el transmisor para alimentar una línea balanceada. Las líneas de transmisión balanceadas de 300 ohmios o más eran más o menos estándar para todos los transmisores y antenas de onda corta en el pasado, incluso para los radioaficionados. La mayoría de las emisoras de onda corta han seguido utilizando alimentadores de alta impedancia incluso antes de la llegada de la adaptación automática de impedancia.

Las antenas de onda corta más utilizadas para la transmisión internacional son la antena HRS (conjunto de cortina), que cubre un rango de frecuencia de 2 a 1, y la antena log-periódica, que cubre un rango de frecuencia de hasta 8 a 1. Dentro de ese rango, la ROE variará, pero normalmente se mantiene por debajo de 1,7 a 1, dentro del rango de ROE que se puede ajustar mediante el ajuste de antena integrado en muchos transmisores modernos. Por lo tanto, al alimentar estas antenas, un transmisor moderno podrá ajustarse a sí mismo según sea necesario para adaptarse a cualquier frecuencia.

La sintonización automática de antena se utiliza en teléfonos móviles emblemáticos, transceptores para radioaficionados y en transceptores de radio HF tácticos, marinos y móviles terrestres.

Cada sistema de sintonización de antena (AT) que se muestra en la figura tiene un "puerto de antena", que está acoplado directa o indirectamente a una antena, y otro puerto, denominado "puerto de radio" (o "puerto de usuario"), para transmitir y/o recibir señales de radio a través del AT y la antena. Cada AT que se muestra en la figura tiene un único puerto de antena, AT (SAP), pero puede ser necesario un AT con múltiples puertos de antena (MAP) para la transmisión de radio MIMO.

Se pueden utilizar varios esquemas de control en un transceptor o transmisor de radio para ajustar automáticamente un sintonizador de antena (AT). Los esquemas de control se basan en una de las dos configuraciones, (a) y (b), que se muestran en el diagrama. Para ambas configuraciones, el transmisor comprende:

• antena
• Sintonizador de antena/red de adaptación (AT)
• unidad de detección (SU)
• unidad de control (UC)
• unidad de procesamiento de señales y transmisor (TSPU)

La TSPU incorpora todas las partes de la transmisión que no se muestran en el diagrama.

El puerto TX de la TSPU entrega una señal de prueba. La SU entrega, a la TSPU, una o más señales de salida que indican la respuesta a la señal de prueba, una o más variables eléctricas (como voltaje, corriente, voltaje incidente o directo, etc.). La respuesta se detecta en el puerto de radio en el caso de la configuración (a) o en el puerto de antena en el caso de la configuración (b). Tenga en cuenta que ni la configuración (a) ni la (b) son ideales, ya que la línea entre la antena y el AT atenúa la ROE; la respuesta a una señal de prueba se prueba con mayor precisión en el punto de alimentación de la antena o cerca de él.

Tipos de esquemas de control ^[22]

Esquema de control	Configuración  ​	¿Buscando lo extremo ?
Tipo 0	[n / A]	[n / A]
Tipo 1	(a)	No
Tipo 2	(a)	Sí
Tipo 3	(b)	No
Tipo 4	(b)	Sí

Broydé y Clavelier (2020) distinguen cinco tipos de esquemas de control del sintonizador de antena, como sigue: ^[22]

• El tipo 0 designa los esquemas de control AT de lazo abierto que no utilizan ninguna SU, y el ajuste normalmente se basa únicamente en el conocimiento previo programado para cada frecuencia operativa.
• Los esquemas de control de tipo 1 y tipo 2 utilizan la configuración (a)
  • El tipo 2 utiliza el control de búsqueda de extremos.
  • El tipo 1 no busca un extremo
• Los esquemas de control de tipo 3 y tipo 4 utilizan la configuración (b)
  • El tipo 4 utiliza el control de búsqueda de extremos.
  • El tipo 3 no busca un extremo

Los esquemas de control pueden compararse en lo que respecta a:

• Uso de control de bucle cerrado o abierto (o ambos)
• Medidas utilizadas
• Capacidad de mitigar los efectos de las características electromagnéticas del entorno.
• objetivo / meta
• Precisión y velocidad
• Dependencia del uso de un modelo particular de AT o CU

• Liga Americana de Retransmisiones de Radio
• Alargamiento eléctrico
• Puente de impedancia
• Bobina de carga
• Preselector
• Diagrama de Smith

• Wright, HC (1987). Introducción a la teoría de antenas (BP198) . Londres: Bernard Babani.
• Sociedad de Radio de Gran Bretaña (1976). Manual de comunicación por radio (5.ª ed.). Bedford, Reino Unido: RSGB. ISBN 0-900612-58-4.
• Rohde, Ulrich L. (1974). "Die Anpassung von kurzen Stabantennen für KW-Sender" [Combinación de antenas de varilla corta para transmisores de onda corta]. Funkschau (en alemán) (7).
• Rohde, Ulrich L. (13 de septiembre de 1975). "Adapte cualquier antena en el rango de 1,5 a 30 MHz con sólo dos elementos ajustables". Diseño electrónico . 19 .

• Sitio web de la American Radio Relay League.
• Qué hacen los sintonizadores y una mirada al interior.