¿Cómo funciona una “antena” de Theremin?

El hecho de que haya otros mezcladores heterodinos no tiene nada que ver con RF. Las 'antenas' no son antenas en el sentido clásico de RF. La explicación de la capacitancia es correcta.

Condensadores y Theremin 'Antenas'

El tipo de condensador más simple es un condensador de placa paralela . Eso significa que el condensador consta de dos placas metálicas separadas por un material llamado dieléctrico. La ecuación para la capacitancia de tal capacitor es C = εA / d, donde ε es la permitividad del dieléctrico (ε ≈8.8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m para el aire).

Cuando está operando un theremin, su mano es una placa (su mano está efectivamente conectada a tierra), la antena es la otra, y el aire entre las dos es el dieléctrico. Al mover la mano, varía la capacitancia entre el suelo y la antena. Ambas manos afectarán a ambas antenas, ya que actúan como dos placas en paralelo, lo que aumenta el área total.

Las dos antenas están en ángulo recto porque reduce el impacto que su mano izquierda tendrá en la antena derecha y viceversa. Por ejemplo, al mover la mano hacia arriba y hacia abajo por encima de la antena de volumen, mantiene una distancia relativamente constante de la antena de tono, por lo que su contribución a la capacidad global es constante (y pequeña).

Teoría de operación

Nota / actualización: Consulte la Respuesta de FredM para obtener una descripción más detallada. del oscilador.

Ambos condensadores de antena forman parte de dos activo osciladores LC . La 'L' se refiere a los inductores, que almacenan energía en un campo magnético; La 'C' se refiere a los condensadores, que almacenan energía en un campo eléctrico. En un oscilador LC, la energía fluye constantemente de un lado a otro entre los dos, cambiando de potencial eléctrico a potencial magnético.

La frecuencia del oscilador de tono está más allá de las frecuencias de audio, por lo que no se puede utilizar directamente. El theremin tiene un tercer oscilador que opera a una frecuencia fija. Las salidas del oscilador de tono y del oscilador fijo se alimentan a un mezclador heterodyne , lo que da como resultado una salida que incluye las frecuencias de suma y diferencia de las dos entradas. La frecuencia de la suma es incluso mayor que la señal original, por lo tanto es inútil y se se filtra . La señal resultante es una frecuencia única (más armónicos ) en el rango de audio.

La frecuencia del oscilador de volumen se utiliza para controlar la amplificación de la señal de audio. A medida que mueves la mano, la frecuencia cambia, así como la ganancia del amplificador cambia y, por lo tanto, el volumen de salida cambia.

Existe cierta confusión porque existen dos topologías comunes con los otros; sin embargo, en ambos casos el mecanismo de detección de distancia es puramente capacitivo (eléctrico / electrostático, no magnético o electromagnético en ningún grado significativo)

Las dos topologías principales son (a) un oscilador de tanque LC con una serie L conectada a la antena que forma un circuito resonante en serie. La antena L es mucho más grande que el tanque L, y el tanque C es mucho más grande que la antena C. Los cambios en la antena C se "convierten" a través de la resonancia LC de una manera que causa estos cambios (debido a las respectivas sintonizaciones de la antena y las frecuencias de operación del tanque) en una inductancia variable "virtual" vista a través del inductor del tanque, de modo que mientras el resonador de la antena responde a la variación de capacitancia, la frecuencia del tanque (osciladores) se controla mediante la inductancia variable, y ambos interactúan entre sí. Otro de una manera compleja que mejora la linealidad musical.

(b) La otra topología común (inferior) es donde el capacitor del tanque está directamente en paralelo con la capacitancia de la antena, y la frecuencia del oscilador es una función LC simple y extremadamente no lineal.

Ejemplos de topología (a) son todos los diseños diseñados por Lev Termen, todos ellos diseñados por Bob Moog. Entre los ejemplos de tipo (b) se incluyen los chips de chip Jaycar / Silicon y la mayoría de los desperdicios simples que se encuentran en la WWW.

También hay otras topologías menos comunes ...

Por cierto, el "esquema" en la parte superior de esta página es el peor tipo de topología tipo "b"

Aunque creo que la primera explicación es la "simple", creo que la segunda explicación tiene mucho sentido. Como @Kortuk declaró en su comentario, usted está operando en la región de "campo cercano" de la antena. Esta es la región que no se comporta como lo que usted esperaría si estuviera basando sus cálculos en los patrones de radiación de antena de campo lejano estándar.

En el campo cercano, tienes un campo cercano reactivo y un campo cercano resistivo. El campo cercano reactivo es donde los campos E y H se construyen y colapsan constantemente, sin que la energía salga de la antena, simplemente se alterna entre los dos tipos de campos diferentes. Al poner su mano cerca de la antena, está efectivamente robando parte del poder que se encuentra en estos campos.

Creo que una buena comparación sería un par de inductores con cierta inductancia mutua. La inductancia mutua del segundo inductor hace que la inductancia medida cambie en el primero. Lo mismo ocurre con la antena. Al acercar la mano a la antena, está extrayendo algo de la potencia de los campos E y H que se alternan en la región y, por lo tanto, cambia la cantidad de inductancia / capacitancia que está viendo el circuito del tanque LC, y desafía la oscilador.