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Alberto Moscardi I1KBH

I meriti del Transmatch

 
La coniugazione delle impedenze nel sistema generatore linea antenna, consente la cessione della massima potenzaresa disponibile dal generatore, al carico (antenna) Il problema consiste nel correggere gli effetti dell'impedenza complessa presentata dal carico, che e eguale alla Zo
della linea ed all'impedenza d'uscita del generatore soltanto in pochissime occasioni.
Solo alla frequenza di risonanza, infatti, si puo' avere nel punto di connessione fra linea ed antenna una R-pura = Zo
(fig. 1).
E' sufficiente allontanarsi un poco da tale frequenza perche' nel punto di connessione suddetto compaia una impedenza del valore di Z = R jX.
Siccome la condizione di risonanza dell'intero sistema e' l'unica in cui, con la cancellazione delle reattanze, si ha il massimo trasferimento dell'energia al carico e'evidente che l'aggiunta di una rete di reattanze (transmatch) al sistema e' vantaggiosa in quanto permette di mantenere tale condizione anche se ci si allontana apprezzabilmente dalla frequenza di risonanza spontanea dell'antenna (determinata dalle sue caratteristiche fisiche). Quanto asserito appare evidentissimo nella gamma 3,5 MHz, quando si passa dalla sottobanda grafia alla porzione DX se l'antenna e tagliata per il centro gamma; in entrambi i casi il R.O.S. diviene alto: il r.o.s. come tutti sanno e' un sensibile indice del disadattamento dell'impedenza fra linea ed antenna.
Un R.O.S. diverso da 1:1 sta difatti ad indicare che la linea "non vede" una R eguale alla sua Zo. Per abbassare il R.O.S. al minimo valore,occorre cancellare quella reattanza introdotta nel sistema e l'adattamento coniugato si puo' (fortunatamente) ottenere operando in qualsiasi punto del sistema.


Fig. 1 - L'antenna esibisce una R d'ingresso eguale Z, solo quando e in risonanza (ossia su una sola frequenza). In questo caso si ha la coniugazione e la Z d'uscita del ricetrasmettitore "vede" una impedenza del cavo Z, eguale al valore ottimale.

 


Difatti secondo il teorema della coniugazione: Quando una rete di reattanze a quattro terminali viene impiegata per connettere un generatore al suo carico, si ha "ad adattamento coniugato ad ogni giunzione", quando questo si verifica in una di esse.
Ci si trova allora in una condizione per cui le impedenze ai lati opposti della giunzione hanno componenti resistive eguali, mentre quelle reattive, pur essendo eguali, sono di segno opposto.
Cio' significa che se s'impiega una tale rete per connettere al generatore un carico di (50 - j 10) ohm, il generatore vedra 50 ohm soltanto, se la rete esibisce (50 + 10) ohm. 
Con la cancellazione della reattanza nel sistema, il generatore trasferisce al carico la massima potenza possibile. La rete di reattanze adattatrici puo' trovarsi in qualsiasi punto del sistema: quindi, nel caso specifico, puo' essere vicino al generatore, come alla fine della linea di connessione al carico (antenna) in certi casi viene inserita in una posizione accessibile (per motivi pratici) lungo la linea stessa, che viene cosi' a dividersi in due tronchi (fig. 3).
Un esempio
Abbiasi una linea ideale priva di perdite ed un transmatch altrettanto privo di perdite.E' infatti consuetudine,quando si parla di principi immaginare componenti senza perdite; gli effetti di queste (attenuazioni) e' meglio siano trattati separatamente, in un secondo tempo. Il sistema sia costituito da generatore + linea + antenna ed alla giunzione fra linea ed antenna vi e' disadattamento, essendovi in quel punto una R + jX prodotta dal carico non risonante (fig. 2).
Si hanno, in questa configurazione, due disadattamenti alle due estremita' della linea: quella dal lato antenna fa si che nella giunzione col generatore la Z sia diversa da Zo quindi il generatore non vede un carico ottimale.


Fig. 2 - Questa e' la situazione piu comune, accusata da un R.O.S. diverso da 1:1. I moderni XCVR non ammettono alla laro uscita rapporti d'onde stazionarie alti e questo crea un problema specie nelle gamme ampie come gli "80 m". Ad ogni modo appena il R.O.S. supera 2:1 la potenza erogata dal XCVR diminuisce.

Non vi sono perdite perche siamo "in condizioni ideali", pero la potenza ceduta al carico e minore perche l'erogazione del generatore e minore.
A parte questo, poiche' non vi sono perdite (in un sistema ideale) tutta l'energia erogata viene assorbita dal carico.
Un altro caso
Un transmatch e' inserito alla fine del cavo, dove si collega all'antenna.
Aggiustando le reattanze per la coniugazione, la reattanza presente nel carico fuori risonanza e cancellata. Torna la condizione di risonanza e scompare la reattanza in tutto il sistema: ora all'estremita' inferiore della linea Z = Zo e quindi il generatore "vede" la situazione ottimale per cui torna ad erogare la massima potenza disponibile.
Un terzo caso il transmatch e' collegato fra il generatore e la linea.
Supponiamo per semplicita' che la linea sia elettricamente lunga 1/2 onda (fig. 3)
Se alla connessione col carico trovasi l'impedenza reattiva R + jX questa si ripresenta eguale all'estremita inferiore dove c'e il transmatch. Con la reattanza dell'adattatore (R - jX) si cancella tutto, il sistema torna in risonanza ed anche in questa caso, con la coniugazione, il generatore torna a vedere l'impedenza ottimale per erogare la massima potenza. E le onde stazionarie? C'erano nel primo esempio, perche' a causa della non coniugazione, una parte d'energia, proporzionale al disadattamento rifluiva nella linea. Non c'erano nel secondo caso perche' la coniugazione avvenuta alla fine della linea. Nel terzo caso vi sono onde stazionarie nel tratto fra il transmatch e l'antenna: praticamente lungo la parte maggiore  della linea, ma non vi sono nel tronco compreso fra il transmatch ed il generatore(fig. 3)
Il fatto e' che la cancellazione delle reattanze ed il nuovo accordo di sintonia del sistema, s'avvalgono di reattanze seppure di segno opposto, percio' in effetti abbiamo nel transmatch un altro disadattamento che corregge il precedente.
In virtu di esso, nell'adattatore si ha una nuova onda riflessa opposta in fase all'altra, ma d'identica grandezza. Le due onde si combinano nell'adattatore e la risultante ha tensione e corrente in fase coll'onda viaggiante prodotta dal generatore.In altre parole, tutta la potenza riflessa nel punto di connessione della linea con l'antenna viene, in virtu della coniugazione effettuata dal transmatch, addizionata all'energia che fluisce dal generatore. Resta inteso che, arrivando al termine del cavo, essa verra' sottratta (a causa del disadattamento terminale) e rifluira verso il transmatch.

Fig. 3 - Se all'estremita inferiore della linea abbiamo Z = R - j10 ohm e le reattanze del transmatch (TM) esibiscono in quel punto = R + j10 ohm, si ristabilisce l'accordo e nel tronco di linea verso XCVR, il R.O.S. sara 1:1. Cosi si presenta al XCVR la Z ottimale per la max potenza erogata.

Quindi, poiche nonostante l'adattamento ritroviamo ancora "onda che va verso l'antenna" ed "onda riflessa" dobbiamo riconoscere che nella linea il r.o.s. e immutato. Pero' grazie al transmatch, il generatore "vede" l'impedenza ottimale che gli consente d'erogare la massima potenza possibile.
Poiche siamo ancora nell'ipotesi "ideale", quindi non vi sono perdite, si puo' dimostrare che la maggior energia erogata da luogo ad una maggior potenza al carico, pero' dal bilancio si deve egualmente sottrarre l'energia dell'onda riflessa verso l'estremita inferiore della linea che continua a palleggiarsi indietro e poi ancora avanti. Quindi l'azione del transmatch e quella di produrre un disadattamento proporzionato ed adeguato in modo da conseguire,per riflessioni multiple quell'adattamento delle impedenze cui e designato. In altre parole, il transmatch introduce un disadattamento complementare, opportunamente dosato, per ottenere la coniugazione ottimale nel punto piu importante: all'uscita del generatore. Difatti il ROS-metro inserito in questa tronco di linea accusa grandezze molto vicine all'1:1. Se veniamo al caso pratico e consideriamo le perdite nella linea lunga, vediamo che in HF, la parte aggiunta anche quando il r.o.s. e 6:1 rappresenta una piccola percentuale di quell'energla che sarebbe comunque dissipata dalla linea anche se R:O.S. fosse 1:1.
Tali perdite non giustificano il trasferimenta del transmatch alla fine della linea, con le complicazioni inerenti il telecomando di C e L, per ottenere le reattanze di volta in volta necessarie. In pratica, il transmatch da il carico appropriato al generatore e questo e' un importante risultato: tutta l'efficienza del sistema e migliorata e si ha la possibilita di spaziare entro tutta la gamma, sempre in condizioni ottimali.
 
Alberto Moscardi I1KBH - Rewritten by I1WQR