En la electrónica y de comunicación por radio , un contrapeso es una red de cables suspendidos o colgantes horizontales o cables (o una pantalla de metal), utilizados como un sustituto de una tierra ( tierra de conexión) en una radio de antena del sistema. Se utiliza con transmisores o receptores de radio cuando no se puede utilizar una conexión a tierra normal debido a la alta resistencia del suelo [1] o cuando se monta una antena sobre el nivel del suelo, por ejemplo, en un edificio. Por lo general, consta de un solo cable o una red de cables horizontales, paralelos al suelo, suspendidos sobre el suelo debajo de la antena, conectados al cable de "tierra" del receptor o transmisor. [2]El contrapeso funciona como una placa de un condensador grande , con las capas conductoras de la tierra actuando como la otra placa. [2] [3]
El contrapeso evolucionó con la antena Marconi (monopolo) durante la década de 1890, la primera década de la radio en la era de la telegrafía inalámbrica , pero fue particularmente defendido por el pionero de la radio británica Oliver Lodge , [4] [5] y patentado por su asociado Alexander Muirhead. [6] en 1907. [7]
Cómo funciona
Los contrapesos se utilizan típicamente en sistemas de antenas para transmisores de radio donde no se puede construir una buena conexión a tierra .
Las antenas monopolo utilizadas en bajas frecuencias, como las antenas de radiador de mástil utilizadas para la radiodifusión AM , requieren que el transmisor de radio esté conectado eléctricamente a la Tierra debajo de la antena; esto se llama terreno (o tierra ). La tierra debe tener una resistencia eléctrica baja , porque cualquier resistencia en la conexión a tierra disipará la energía del transmisor. Las tierras de baja resistencia para transmisores de radio normalmente se construyen a partir de una red de cables enterrados en la tierra. Sin embargo, en áreas con suelo seco, arenoso o rocoso, el suelo tiene una alta resistencia, por lo que no se puede realizar una conexión a tierra de baja resistencia. En estos casos, se utiliza un contrapeso. Otra circunstancia en la que se utiliza un contrapeso es cuando no se dispone de tierra para un terreno enterrado debajo del mástil de la antena, como en las antenas ubicadas en una ciudad o en lo alto de un edificio alto.
Un diseño común para un contrapeso es una serie de cables radiales suspendidos a unos pocos pies sobre el suelo, que se extienden desde la base de la antena en todas las direcciones en un patrón de "estrella", conectados en el centro. [2] El contrapeso funciona como una placa de un condensador grande , con las capas conductoras en la tierra como la otra placa. [2] Dado que las corrientes alternas de radiofrecuencia del transmisor pueden pasar a través de un condensador, el contrapeso funciona como una conexión a tierra de baja resistencia. No debe haber bucles cerrados en los cables de un sistema de contrapeso, ya que los campos intensos de la antena inducirán corrientes circulares que disiparán la potencia del transmisor.
Usar a bajas frecuencias
El mayor uso de contrapesos es en transmisores en las bandas de baja frecuencia (LF) y muy baja frecuencia (VLF), ya que son muy sensibles a la resistencia de tierra. [2] Debido a la gran longitud de onda de las ondas de radio, las antenas factibles utilizadas en estas frecuencias son eléctricamente cortas , su longitud es una pequeña fracción de la longitud de onda. La resistencia a la radiación de las antenas (la resistencia que representa la potencia irradiada como ondas de radio) disminuye a medida que su longitud se vuelve pequeña en comparación con una longitud de onda, por lo que la resistencia a la radiación de las antenas en las bandas LF y VLF es muy baja, a menudo tan baja como un ohmio o menos. Las otras resistencias más grandes en el circuito de antena-tierra pueden consumir porciones significativas de la potencia del transmisor. La mayor resistencia en el circuito de antena-tierra suele ser el sistema de tierra, y la potencia del transmisor se divide proporcionalmente entre ella y la resistencia a la radiación, por lo que la resistencia del sistema de tierra debe mantenerse muy baja para minimizar la potencia del transmisor "desperdiciada". .
Sin embargo, a bajas frecuencias, la resistencia de incluso un buen sistema de tierra en suelos de alta conductividad puede consumir una parte importante de la potencia del transmisor. Otra fuente de resistencia son las pérdidas dieléctricas por la penetración de ondas de radio en el suelo cerca de la antena debido a la gran profundidad de la piel a bajas frecuencias. Por lo tanto, particularmente en las frecuencias VLF, a menudo se utilizan contrapesos grandes en lugar de enterramientos, para reducir la resistencia del sistema de tierra, permitiendo que se irradie más potencia del transmisor.
A veces, un contrapeso se combina con un suelo ordinario, con los cables de tierra radiales enterrados que se colocan sobre el suelo cerca de la base de la antena para formar un contrapeso. El área del contrapeso alrededor de la base de la antena a menudo se cubre con una pantalla de cobre, para proteger el suelo y reducir las corrientes de tierra.
Tamaño
El tamaño del contrapeso utilizado para el trabajo de radio depende de la longitud de onda de la frecuencia de transmisión. Con una antena monopolo, el contrapeso funciona como un plano de tierra , reflejando las ondas de radio irradiadas hacia abajo por la antena. [ cita requerida ] Para funcionar adecuadamente, el contrapeso debe extenderse al menos la mitad de una longitud de onda desde la torre de la antena en todas las direcciones. [8] Al diseñar un contrapeso para una estación de radio de onda media , por ejemplo, las ondas de radio tienen un máximo de 566 metros (1857 pies) de largo. Por lo tanto, el contrapeso debe extenderse 282 metros (925 pies) desde la torre para formar un círculo de 566 metros (1.857 pies) de diámetro.
Ver también
- Antena monopolo
- bobina de Tesla
Referencias
- ^ Cebik, LB (31 de diciembre de 2009). "¿Contrapeso? Sobre el uso y abuso de una palabra" . antenneX . Archivado desde el original el 19 de diciembre de 2016 . Consultado el 25 de septiembre de 2010 . URL alternativa
- ^ a b c d e Laporte, Edmund (1952). Ingeniería de Antenas de Radio . MicGraw-Hill. págs. 52–53.
- ^ Oficina de Personal Naval de los Estados Unidos (1973). Electrónica básica . Washington DC: Courier Corp. pág. 523. ISBN 9780486210766.
- ^ Lodge, Oliver (1925). Habla de Wireless . Prensa de la Universidad de Cambridge . págs. 91–92. ISBN 110805269X.
- ^ Simmons, Harold H. (1908). Esquemas de Ingeniería Eléctrica . Nueva York: Cassell and Co. págs. 853–854.
- ^ Alexander Muirhead, patente británica núm. 11271 "Telegrafía inalámbrica hertziana"
- ^ Eckersley, TL (mayo de 1922). "Una investigación de la transmisión de resistencias aéreas" . Proc. Del Inst. De Ingenieros Eléctricos . Londres: E. y FN Spon. 60 (309): 599 . Consultado el 3 de octubre de 2013 .
- ^ 20a edición del Libro de la antena ARRL en 2003, página 2-16
enlaces externos
- Papalexopoulos, AD, Meliopoulos, AP, "Características dependientes de la frecuencia de los sistemas de puesta a tierra". Entrega de energía, transacciones IEEE , vol. 2 número 4 (octubre de 1987), págs. 1073-1081