¿Cómo es posible tener un transmisor de 5 W que maneje 50 ohmios con un suministro de 12 V?

La clave de todo esto es la "coincidencia de impedancia". Necesita que el amplificador piense que está manejando una baja impedancia (para que pueda generar mucha corriente del suministro de 5 V y, por lo tanto, generar mucha energía). Luego, "mágicamente" necesita transformar esas corrientes para conducir 50 ohmios a un voltaje mucho más alto.

Esto se hace con una red de adaptación de impedancia. Cuando escribe las ecuaciones que rigen la red, debe verse (en la frecuencia de interés; estas cosas deben ajustarse para que funcionen) como una baja impedancia en la entrada y una alta (50 ohmios) impedancia en la salida.

Hay muchas maneras de lograr la coincidencia de impedancia: si su impedancia de entrada es de 5 ohmios y desea igualar una impedancia de salida de 50 ohmios a 27 MHz, puede usar un circuito LC simple

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

que "calculé" usando http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html e ingresando los parámetros apropiados.

Lo que sucede aquí es que el voltaje alterno en la fuente (con impedancia R1) conduce corriente al circuito LC resonante. Debido a que se conectan en serie, parecen de baja impedancia, pero en realidad las oscilaciones de voltaje que se pueden lograr en la salida son muy altas, mucho más altas que los voltajes de entrada. Escribiendo la impedancia de C1 como Z1 (=1/jwC) y la impedancia de L1 como Z2 (jwL), verá que se pueden combinar:

R1 y Z1 en serie:$X_1 = R_1 + Z_1$
R2 y Z2 en paralelo:$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Ahora el voltaje de entrada se divide, por lo que el voltaje de salida es

$V_{out}/V_{in} = X_2 / (X_1 + X_2)$

Ahora el término imaginario en la parte inferior se cancela cuando

$R_1 \omega L = R_2 (\omega L - \frac{1}{\omega C})$

o

$\frac{R_1}{R_2} = 1 - \frac{1}{\omega ^2 LC}$

Si R1 es cero y$\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$, puede conducir casi cualquier voltaje a R2 sin generar nunca un voltaje en la entrada, porque su corriente a través de C1 coincide perfectamente con la corriente que fluye hacia L1. Pero esas variaciones en la corriente generan un voltaje en L1 y, por lo tanto, en R2. Todo tiene que ver con el hecho de que un circuito LC en serie parece una impedancia mucho más baja en resonancia: el voltaje al final varía menos que el voltaje en el punto entre L y C.

El enlace anterior le brinda muchos circuitos alternativos que harán lo mismo, pero en última instancia, para un transmisor eficiente, desea tener una impedancia real en la frecuencia de interés (sin reflexión), y el circuito coincidente lo logra para usted, en casi cualquier impedancia (con los valores correctos de los componentes, por supuesto).

Si observa cualquiera de esos esquemas, hay inductores por todas partes. Hay muchas formas de generar voltajes más altos sin usar un transformador. De hecho, mire una bobina de encendido que se usa en los automóviles. Usted genera enormes voltajes acumulando corriente y luego interrumpiéndola, y ese dispositivo es "sin transformador". Estos circuitos funcionan de diferentes maneras, pero la idea central de un aumento de voltaje con un cambio en la corriente se aplica a ambos. El "mighty mike" (primer eslabón) es resonante con la cadena "Pi" y "T" acoplada al capacitor. El diseño de Lythal (segundo enlace) también es resonante pero con un transformador, incluso señala que no se debe usar una barra de ferrita (que tiene pérdidas) y amortiguaría la resonancia.

La impedancia de salida del transistor controlador puede ser bastante baja. Entonces, el amplificador de RF puede consumir mucha corriente. Digamos medio amperio, a 12 V serían alrededor de 6 vatios. Eso parece 24 ohmios. Luego, pasa por un transformador para que coincida con eso hasta 50 ohmios en la antena. El voltaje es más alto, la corriente es más baja, pero la potencia sigue siendo la misma.

En primer lugar, sus cálculos de voltaje son incorrectos. Con el suministro de 12 V a través de un transformador o inductor, el voltaje de punto medio es de 12 V CC y la oscilación máxima de voltaje es de 24 Vpp. Por lo tanto, en realidad podría producir 4 veces más energía a 50 Ω de lo que calculó.

Tiene razón en que para poner una onda sinusoidal de 5W rms en 50Ω necesita casi 45vpp. Si la salida del amplificador final es de solo 24 Vpp, entonces necesita un transformador elevador u otro circuito de adaptación de impedancia sin pérdidas. Para aumentar el voltaje, la impedancia de salida solo tiene que ser mayor que la impedancia de entrada.

La explicación de la coincidencia de impedancia es mayormente correcta, pero un poco imaginaria (juego de palabras). Para responder a la pregunta del OP, podemos obtener "ganancia" a través de un circuito sintonizado de RF. Resuena, "amplificando" el impulso de potencia de entrada por la Q cargada del circuito sintonizado. Lo hace aquí convirtiendo mucha corriente conmutada, cortesía del dispositivo de salida, en potencia de circuito sintonizado. Los Q cargados son bastante bajos (~5) para proporcionar un ancho de banda operativo adecuado y una impedancia dinámica reducida para conducir la corriente. Por lo tanto, los "pulsos de corriente" limitados de 12 V pueden convertirse en una salida de circuito sintonizado de onda sinusoidal de 60 V para un valor teórico de 72 W. Pero nunca alcanzamos este nirvana debido a las pérdidas, pero 5W ciertamente es factible. Más poder ? Simplemente aumente la corriente de conmutación de los dispositivos de salida.