La
ROE... esa gran
confusión.
(Ultima actualización 2000-08-08) (correcciones de estilo y adiciones menores
2011-02-15) Por Miguel R. Ghezzi (LU 6ETJ) www.solred.com.ar/lu6etj
SOLVEGJ
Comunicaciones
(En el texto puede
utilizarse el término ROE - Relación de Ondas
Estacionarias - como sinónimo de Ondas
Estacionarias, siguiendo el uso común (por
ejemplo escribir "La línea tiene ROE , cuando lo
correcto sería la línea tiene Ondas
Estacionarias - OE)
Pocos temas en la
radioafición vernácula son tan polémicos e
invadidos con errores conceptuales como la ROE y
sus parientes cercanos. Eso no sería tan malo ¡si no fuera porque los errores vienen ganando
la batalla...!
No falta la afirmación de que el asunto es una
mera "cuestión de opiniones"; una frase
infortunada y lapidaria sintetiza esa idea:
"Cada maestrito con su librito..."
No importa que
ningún texto serio avale explícitamente los
equívocos; como diría don José Ingenieros: "Son como los clavos, cuanto más se los golpea
más profundos se hincan..." (eso decía de
los prejuicios).
Frecuentemente derivan de una
lectura superficial, incompleta y/o desatenta,
pero otras, más comprensibles por cierto,
resultan de ciertas complejidades técnicas que
el asunto de por si ya posee.
Puesto que el tema
es largo y difícil de explicar sin desarrollos
matemáticos que muchos hobbystas podría no
comprender bien, comenzaré el artículo con una
serie de afirmaciones que expondré sin
demostración con la sana intención de
desarrollarlas algún día. Entonces:
No es cierto que sea necesario
adaptar la antena a la línea
para que el sistema sea un
eficaz radiador.
Ni siquiera es cierto que ello
sea necesario en VHF, UHF o
microondas.
Casi siempre será más
conveniente y cómodo adaptar la
línea al equipo "abajo" y
no "arriba".
En general no es cierto que la
denominada "Potencia
Reflejada"
se desperdicie.
No es cierto que las ondas
estacionarias produzcan ITV,
armónicas, espurias o
interferencias a otros
servicios.
No es cierto que la potencia
reflejada "reingrese" al
equipo (al menos no lo es en los
términos intuidos por la mayoría
de los aficionados) y destruya
los transistores o válvulas de
salida.
No es cierto
que
pueda modificarse la ROE
en una línea conectada a una
antena variando la
longitud de la misma (a menos
que falte o falle el balun o que
la línea no esté perpendicular a
la antena y por ello interactúe
con la antena por acoplamiento
mutuo).
En general no es cierto que la línea deba
cortarse a algún múltiplo o submúltiplo
cualquiera de la longitud de onda (a menos
que se la esté utilizando como transformador
en los casos previstos, ver explicaciones
más adelante o para producir situaciones
especiales).
No es cierto que la ROE haga que
"la
línea irradie".
Es falso que el acoplador o transmatch
"engañe al equipo", simplemente adapta la
impedancia de la línea y efectivamente lo
hace trabajar sobre una carga con una
verdadera ROE 1:1.
Es falso que un buen acoplador o transmatch
correctamente ajustado produzca pérdidas
inaceptables, en general son bajas en los
términos que nos interesan
Para tener en cuenta:
La potencia incidente y la potencia
reflejada no representan lo que su nombre hace
intuir...
En lo que
respecta a la seguridad y funcionamiento
correcto del trasmisor la ROE en la línea no
tiene ninguna importancia, lo que nteresa es la
impedancia de carga sobre la cual él opere.
La lista anterior
seguramente será considerada un "absurdo"
por muchos aficionados (y no pocos
profesionales), pero es correcta,
científicamente demostrable en su totalidad y
está en conformidad con la literatura académica
formal.
El concepto de
Potencia Incidente y Reflejada no ayuda a crear
en el aficionado ideas claras y conviene
reemplazarlo en casi todos los casos por el de
"impedancia de entrada a la línea de
trasmisión" con mejores resultados
conceptuales.
Cómo encarar el desafío...
La forma correcta
de desarrollar este interesante tema sería
comenzar por la teoría básica, pero para ello
bastaría con dirigirse los numerosos y más
solventes autores de libros de radiotécnica e
ingeniería de radio profesionales y amateur que
abundan en las buenas bibliotecas (algunos
indicados en la bibliografía que se ofrece sobre
el final del artículo), pero el aficionado medio
probablemente estará ansioso por obtener alguna
respuesta inmediata a estas afirmaciones, eso
nos obliga a realizar afirmaciones no menos "autoritarias", entonces intentaremos de un
modo algo desordenado, ir avanzando en las ideas
con numerosas reiteraciones. Seguramente con el
tiempo y la crítica este artículo podrá
modificarse para ser más comprensible y
estructurado.
Las pérdidas y la desadaptación de
la línea, primera pasada...
Suele creerse que
una ROE elevada es responsable de importantes
pérdidas en la potencia irradiada. Este equívoco
surge casi naturalmente al leer un wattímetro
direccional que indica cierta "Potencia Directa
o Incidente" y cierta "Potencia Reflejada". Este
último número, frecuentemente es suficiente para quitar el sueño al
interesado.
No todos advierten la importancia
del pequeño gráfico que se publica en los handbooks desde tiempo inmemorial. En él, se
indica sobre el eje vertical la "Pérdida
adicional por ROE en la línea", ese valor
está fuertemente ligado simultáneamente a dos
variables a saber:
Las pérdidas que
produciría esa misma línea operando con ROE=1, y
la ROE que efectivamente existe sobre ella (una
ecuación para resolver sin usar la gráfica puede
hallarse en el ARRL Antenna Book 2001, pag
24-12).
Un vistazo a este
interesante gráfico muestra que las pérdidas
debidas a la ROE son en general muy inferiores a
las que se infieren erróneamente al leer la "Potencia Reflejada" en el wattímetro
direccional.
Esta aparente contradicción entre
la lectura del wattímetro y los resultados del
gráfico debería bastar para convencer a
cualquiera de que "algo está mal en la
intuición", no obstante aunque muestra
claramente que las pérdidas resultantes de una
ROE de 5:1 en 80 metros pueden llegar a ser
despreciables, la superstición casi siempre
gana la partida...
Supondremos que el lector por el momento
aceptará está explicación y explicaremos su uso.
Primero, debemos
conocer cuáles serían las pérdidas en decibeles
que la línea tendría si estuviera terminada en
su impedancia característica, sea por los datos
que suministra el fabricante o mediante
mediciones propias.
Entramos con ese
dato al el eje horizontal rotulado
"Line
Loss in dB When Matched" y trazamos una
línea vertical hasta que intersecte la curva
correspondiente a la ROE medida cerca de
la carga (las curvas son las que tienen
la leyenda "SWR = xx").
En ese punto trazamos una línea horizontal hacia
la izquierda hasta alcanzar el eje vertical
marcado como "Additional loss, etc, etc"
quien nos dirá cuál es la pérdida adicional que
debemos sumar a las pérdidas que tendría la
línea bien adaptada, para averiguar la pérdida
total en presencia de ROE.
Nota: este gráfico representa valores
medios y es más exacto cuanto mayor longitud
tenga la línea en términos de longitudes de onda
o bien cuando su longitud esté cerca de
múltiplos de media onda.
Ejemplo: Una
línea que estando perfectamente adaptada tiene
una pérdida de 3 dB se conecta a una antena que
nos da una lectura de ROE de 2:1 medida cerca de
la misma. ¿Cuál es la atenuación adicional
que tendrá esta línea por la presencia de esta
ROE sobre ella?
Entramos al
gráfico con el valor 3 en el eje
horizontal y buscamos la intersección con la
curva "SWR = 2". Trazando una línea
horizontal hacia la izquierda, sobre el eje
vertical podemos leer un valor de
aproximadamente 0,35 dB. Por lo tanto la
pérdida total de esta línea será de 3,35 dB.
¡Apenas 0,35 dB más que la que tendría si
estuviera perfectamente adaptada...!
Otro más elocuente:
Una línea de 30 m de longitud tipo RG-8U tiene
una pérdida de 0.346 dB en 80 m
operándola en modo plano (adaptada); ¿cuál será
la pérdida adicional si se la opera en modo
resonante (desadaptada) con una ROE de 5:1?
Siguiendo las instrucciones vemos que serán
aproximadamente 0,45 dB.
Este valor de atenuación adicional evidentemente
es despreciable y absolutamente inobservable aún
con el mejor de los esmíteres en la banda.
Por
eso usted no debe aceptar esos agoreros e
injustificados comentarios desfavorables
carentes de valoración numérica precisa que se
suelen oír en radio en referencia a este asunto.
Para saber si la
desadaptación del sistema es o no importante en
términos de pérdidas hay que pasar primero
por este gráfico y decidir luego si vale
la pena adaptar la antena o no.
Conviene en ese
momento recordar un parámetro usual para
caracterizar un receptor denominado
"Mínima
Señal Discernible (MSD)" y que se considera
como 3 dB por encima del ruido... ,
compárelo con el valor de pérdidas adicionales
para tomar su decisión.
Puesto que en VHF
y UHF, las pérdidas de las líneas con una
adaptación perfecta son más importantes, las
pérdidas adicionales por ROE aumentarán, esto
aconseja un mejor ajuste de la antena, no
obstante con la existencia de líneas de bajas
pérdidas en V y U a bajo precio y tramos no muy
largos, será menos importante que con nuestros
viejos conocidos RG 58 o RG 8. Pero...
Si observa
detenidamente el gráfico también verá que
mejorar la ROE por debajo de 2:1 o algo más, es un esfuerzo que no se justifica para
aumentar la potencia irradiada, puesto que, aún
cuando toda la potencia reflejada se perdiera en
la línea, representaría apenas un 11% de
pérdidas, apenas unos 0,5 dB, absolutamente
indiscernibles en el aire. La cuestión de la
adaptación al equipo es otra cosa y puede
dejarse en manos del acoplador
.
Recordemos que una
unidad "S" equivale a 6 dB, de allí que 0,5 dB
sea una fracción de "S" imposible de detectar
aún con los mejores instrumentos.
Importante:
Hemos dicho que la
ROE a la que se hace referencia es a la que
existe sobre la línea en las cercanías de la
carga.
Si la línea tiene pérdidas (más aún,
si son de importancia), su atenuación hará que
la ROE medida lejos de la carga sea menor, por
lo que podemos sacar conclusiones equivocadas
del gráfico.
Felizmente mediante otro gráfico
similar siempre podremos conocer la ROE sobre la
carga midiendo la ROE en el extremo trasmisor.
Para ello empleamos el que tenemos a la vista,
también proveniente del handbook de la ARRL.
Se ingresa al
gráfico con la ROE medida en el extremo del
trasmisor al eje horizontal indicado como: "SWR AT TRANSMITTER".
De allí se traza una línea vertical hasta
intersectar la curva que indica la pérdida que
tendría el cable bien adaptado y, a partir de la
intersección, nos dirigimos hacia el eje
vertical de la izquierda donde podremos leer la
ROE existente en el extremo de la carga.
Ejemplo:
Supongamos que el cable tiene una pérdida de 3
dB y la lectura del medidor de ROE en el extremo
del trasmisor es 2:1. ¿Cuál es la ROE en la
carga?.
Buscamos
SWR AT
TRANSMITTER = 2, en el eje horizontal.
Subimos hasta la curva "3 dB LOSS" y
sobre el eje vertical leemos: SWR AT
ANTENNA = 5.
Note que la
desadaptación es bastante grande aunque la
lectura sobre el lado del trasmisor sea
relativamente pequeña; esto significa que toda
antena mostrará "abajo" un "ancho de
banda de ROE" mayor que el que posee en
realidad...
¿Adaptar la impedancia "arriba" o
"abajo"...?
Cuando la ROE en
la línea de 50 ohms es diferente de 1:1, la
impedancia que le presentará al equipo puede ser
muy diferente de 50 ohms y esto acarrea
inconvenientes a algunos equipos.
Normalmente es
necesario presentarle a los equipos una
impedancia de carga adecuada, generalmente de 50
Ohm.
La cuestión es si conviene obtener esta
impedancia adaptando la antena a la línea en
la antena o la línea al equipo cerca de
él.
Cualquier
dispositivo de adaptación de impedancias
introducirá alguna pérdida adicional,
¿porqué habría que suponer
que adaptar la impedancia con el arito de una
Ringo, el Gamma de una Yagi o el deslizante de
una Slim será mejor que hacerlo con un adaptador
de impedancias cómodamente instalado en nuestro
shack de trasmisión?, máxime teniendo
en cuenta que en el shack podemos ajustar
la impedancia en todas las frecuencias de la
banda, mientras al hacerlo en la antena el
sistema queda ajustado para una sola, más
aún teniendo en cuenta que a veces la impedancia
de la antena varía significativamente dentro de
la banda...
¿No es natural
pensar que el dispositivo de adaptación expuesto
a la intemperie tiene mayores probabilidades de
deteriorarse que estando bajo techo?. ¿No es
fácil darse cuenta que ajustar esa antena en las
alturas es más peligroso para la salud que
hacerlo desde un sillón?. ¿Y todo eso porque
alguien nos impone una "tablas de la ley"
llenas de mandamientos que apenas si puede
justificar con oscuras y contradictorias
explicaciones...?
Si las pérdidas
adicionales (calculadas como acabamos de ver)
por operar con estacionarias en la línea no son
importantes, puede convenir ajustar la
impedancia del sistema "abajo". Para que esto
sea posible en VHF, las líneas deben ser de muy
buena calidad, las pérdidas de las líneas
económicas son apreciables operándolas 1:1, por
lo tanto las adicionales por ROE serán más
notables, pero en HF, una línea común y
corriente aceptará valores importantes de ROE
sin introducir pérdidas inaceptables, en 80 m
son perfectamente aceptables valores de 5:1
sobre un RG 213 de longitudes normales...
Siempre que
adaptar la antena a la línea resulte fácil y las
pérdidas por exceso de ROE sean importantes
probablemente convendrá ajustar "arriba";
en el 90 % de los casos restantes una buena red
"L" o "Pi" abajo, proporcionará
excelentes y confortables comunicados asegurando
también una perfecta adaptación de impedancias
entre el la línea y el equipo.
Tampoco acepte
sin cuantificación la objeción de que el
acoplador produce pérdidas, en general se
exageran, prácticamente todos los equipos
poseen uno en su interior, desde el
transformador de salida del trasmisor
transistorizado hasta el "Pi" del amplificador
lineal.
Todo elemento pasivo intercalado entre
el trasmisor y la antena produce pérdidas, lo
verdaderamente importantes es cuántas y si vale la pena por alguna razón
intercalarlo; casi toda ventaja tiene su precio,
un Mercedes último modelo, 0 km a
1000 U$S es un negoción, pero le producirá una
"pérdida" de 1000 U$S, ¿usted no la
aceptaría?
No se rinda a esta clase de
objeciones sin números fidedignos, puede conocer
aproximadamente las pérdidas de un acoplador
mediante el programa de Dean Straw (N6VB) que
suele acompaña al handbook de antenas de la ARRL
llamado TLW.
La
potencia reflejada no se pierde..!
(casi nunca)
A falta de
demostraciones matemáticas podemos realizar un
experimento sencillo que permite comprobarlo
empíricamente y de inmediato... El conjunto es
fácil de armar por cualquier radioaficionado y
es una interesante experiencia para realizar en
el laboratorio del Club.
Elija una antena o
carga que produzca una ROE significativa sobre
la línea, suficiente para convencerlo (pero no
infinita). Arme el esquema indicado en la
figura, ajuste el transmatch (debe ser uno de
bajas pérdidas) y observe lo que indican los wattímetros (no es necesario que los valores
sean los del ejemplo).
Obsérvelos
cuidadosamente, ¿notable verdad...? Se puede ver
el wattimetro de la derecha indica 15 W de
potencia incidente a pesar que el trasmisor
solamente produce 10 W.
Esta experiencia
(que sorprenderá a más de uno), demuestra de un
modo contundente las falsas concepciones sobre
"la pérdida de la Potencia Reflejada".
Algunas pistas son las siguientes:
La potencia
directa o incidente no es la potencia
desarrollada por el equipo. Cuando existen
estacionarias sobre la línea y el trasmisor
tiene adosado algún dispositivo adaptación de
impedancias, la potencia directa es mayor
que la producida por el equipo.
La potencia
reflejada no es reabsorbida o disipada
(desperdiciada) por un equipo cuya impedancia
esté adaptada a la línea por algún dispositivo
común tal como el transmatch o el tanque Pi, por
el contrario,es reflejada nuevamente
hacia la antena, en estas condiciones, la
potencia reflejada puede demostrarse que queda
circunscrita a la línea de trasmisión únicamente
(1)(2).
La potencia neta
producida por el equipo (no la "potencia
incidente") que llega a la antena
es irradiada en su
totalidad(menos la pequeña
pérdida adicional en la línea de trasmisión en
el camino que realiza la onda reflejada hasta el
transmatch y de vuelta a la antena y, por
supuesto menos las propias de la antena en si) y
es siempre:
Potencia generada por el equipo (neta)=Potencia Incidente- Potencia Reflejada
Aunque parezca
contradictorio esto no reafirma lo contrario a
lo dicho, porque repito, LA POTENCIA INCIDENTE
(o DIRECTA) NO ES LA POTENCIA
DESARROLLADA POR EL EQUIPO...
Por ejemplo si el
equipo desarrolla 10 W sobre una carga
perfectamente adaptada, en un wattímetro
intercalado en la línea (supuesta sin pérdidas o
con bajas pérdidas y adaptada mediante el
transmatch) obtendremos resultados semejantes a
los siguientes:
Para el mismo
equipo que en ambos casos estará
desarrollando 10W...!
Ver referencias
(1) y (2)
La
ROE no es responsable de la ITV, las
espurias y demás maleficios...
Este error nace de
una deducción equivocada: Algunos equipos
conectados a íneas con ondas estacionarias sin
un dispositivo que ajuste su impedancia de carga
se tornan INESTABLES, Son los equipos los que en
esas condiciones generan armónicos y/o espurias,
no las estacionarias, ellas no generan espurias
por si mismas y un buen
equipo no debería producirlas en su
presencia.
Cuando existen ondas estacionarias, sobre los
terminales de la línea conectada a la salida de
TX, aparece una impedancia
que a veces los hace
inestables.
Frecuentemente la
responsabilidad recae sobre un mal diseño del
equipo o una operación incorrecta (no
utilizar y/o ajustar la red de adaptación -
Pi/transmatch, correspondiente).
Debe quedar claro que, aunque hayan ondas
estacionarias, una correcta adaptación de
impedancias debería resolver el problema de las
espurias, de lo contrario, la inestabilidad
puede producirse por otra causa concurrente, por
ejemplo cuando se emplean antenas que precisan
de una toma de tierra para funcionar pueden
aparecer problemas surgidos de corrientes de
radiofrecuencia que circulan por el equipo y
cables de conexión asociados (equipos que "queman" cuando se tocan).
Idéntico efecto
puede producir las otras causas que producen
corrientes sobre el lado exterior de la línea
coaxil.
No esla ROE quien quema los equipos...
Esto debe haber
quedado aclarado con las explicaciones
anteriores igualmente insistiremos en ello. Si
sobre una línea de por ejemplo 50 ohms, aparecen
ondas estacionarias, es porque la antena/carga
no presenta 50 ohms; en tales condiciones el
equipo tampoco "verá" 50 ohms, sino algún
otro valor que dependerá de la Z de la antena y
la longitud de la línea.
Es ese valor
inadecuado
de impedanciaquien puede dañar al
equipo, no las ondas estacionarias, las ondas
estacionarias pueden estar presentes pero si
mediante cualquier artilugio adaptamos la
impedancia que presenta la línea a la que
necesita el equipo (por ejemplo con un
transformador), habremos resuelto el problema.
Imaginemos esta situación: cierta antena ofrece
100 ohms a una línea de 50 de media longitud de
onda. Esta línea estará trabajando con una ROE
de 2:1 y presentará al equipo, en estas
condiciones, 100 ohms (porque las líneas de
media onda "repiten" la impedancia),
puesto que 100 ohms no son lo ideal, construimos
un simple transformador con una relación de
impedancias 2:1 y lo intercalamos entre el
equipo y la línea.
Con esto queda resuelto el
problema y el equipo deberá funcionar
normalmente aunque las estacionarias sigan paseando por la línea sin producir el menor
daño... Oirá a menudo decir que esto es "engañar al
equipo", es un error de concepto; los equipos
no saben nada acerca de ondas estacionarías,
solamente están interesados en impedancias de
carga, si usted les provee la que precisan ellos
son felices.
Nuestro interés en las ondas
estacionarias es por su efecto en la línea de
trasmisión, pérdidas asociadas, impedancias,
sobretensiones, etc.
Por idéntica
razón, un amplificador de audio diseñado para
ser cargado con ocho ohms al cual se lo carga
con una impedancia de 2 ohm podría dañarse, aunque nunca hayamos oído mencionar que sobre
los cables de parlantes existan ondas
estacionarias...
La
ROE no varía con la longitud de la
línea...
Se puede demostrar
que para cargas puramente resistivas, la ROE
puede definirse como:
ROE = RL / Zo
Por ejemplo a una
línea de Zo = 50 ohms se la carga con una antena
que posee una impedancia puramente resistiva de
100 ohms. Según la fórmula la ROE será:
ROE = RL / Zo = 100W
/ 50W = 2 (o
2 : 1)
De esta manera, si
la ROE es un número que únicamente
depende de la relación (cociente) entre la
impedancia de carga y la impedancia de línea ¿cómo podría variar con la longitud de la línea?
No, no puede variar, sería como si 4/2 pudiera
resultar algunas veces 2 y otras 1,5. Cuando eso
sucede es porque algo anda mal con la
calculadora.
No obstante en la práctica a veces encontramos
estos resultados "extraños" al medirla, veamos
algunos ejemplos de cuando puede suceder esto y
su explicación:
Primero: Cuando no hay balun instalado la superficie
conductora exterior del coaxil (el lado
de afuera de la malla), queda formando parte de
una de las ramas del dipolo al cual está
conectado ¡alterando la longitud eléctrica de
la antena!, por lo que al variar la longitud
de la línea ¡también se esta variando la
longitud de una de las ramas de la antena!,
(la parte exterior del coaxil, debido al efecto
de blindaje, no es parte de la línea de
trasmisión es como un conductor independiente).
Instalando la antena correctamente balanceada,
desacoplada de la parte exterior de la malla con
un balun y llevando la línea perpendicularmente
a la antena, se evita esta situación.
Segundo:
Aún cuando se hayan cuidado los aspectos del
punto anterior, al medir la ROE con un
reflectómetro o wattímetro direccional podemos
encontrar que la medición varía de acuerdo al
lugar de la línea en que se lo intercale...
Muchos medidores (aún de buena calidad) pueden
producir errores si circula corriente de RF por
el lado exterior de la línea (aunque ella no
tengan nada que ver con las estacionarias que
existen dentro de la misma; esta corriente
normalmente tiene diferentes valores a lo largo
de la línea, de allí que el error instrumental
dependa de cual sea el punto en que se intercale
el instrumento.
Nuevamente en lugar de deducir correctamente que
hay un serio de medición, alguien afirmará que
la ROE depende del punto donde se intercale
el medidor... Con igual fundamento nos
explicaría que la raíz cuadrada de dos depende
de la temperatura, si su calculadora padece de
alguna falla térmica.
Por similar razón
aparecen muchas recetas equivocadas: Que
al medidor hay que colocarlo sobre la antena,
que hay que colocarlo a media onda, o a un
cuarto, o a un múltiplo entero de la relación
entre el logaritmo del dólar y la libra
esterlina, o cualquier otra variante que se le
ocurra al curandero en cuestión...
Recuerde:
si el medidor de ROE indica valores
diferentes a lo largo de la línea
existe un probable
error de medición y ninguno de los valores
obtenidos será fiable.
(Nota:
La ROE puede ir disminuyendo progresivamente a
medida que el medidor se aleja de la antena
debido a las pérdidas de la línea, pero esta
variación será muy gradual y relativamente
pequeña).
Las corrientes
circulantes por el lado exterior de la línea
pueden producirse por:
Desbalance
importante de la antena, falta de balun o
inducción en la malla del cable debida campo
producido por la antena.
Esas corriente
pueden bloquearse intercalando algunas espiras
de coaxil que oficie de choke (arrollando el
mismo coaxil formando una bobina) en algunos
puntos de la línea (choke).
En 80 m podrían ser
unos 6 a 7 m de RG-58 arrollados en unas 12 a 15
espiras juntas sobre una forma de unas 10 cm de
diámetro, que ofrecerá más de 40 mH efectivos
(teniendo presente la capacidad distribuida del
bobinado).
En 10 m 1 a 2 metros de cable
arrollado, unas 5 o 6 espiras sobre igual forma,
o intercalar manguitos de ferrite con el mismo
propósito y, si es posible, derivar desde ese
punto la RF a tierra.
Cecil Moore (W5DXP)
sugiere no excederse de una espira por metro de
longitud de onda, bobinada a dos espiras por
pulgada sobre el diámetro de una botella común
de gaseosa de dos litros (diámetro aprox. cuatro
pulgadas) (1).
En UHF la malla puede enhebrarse y conectarse al
centro de un disco conductor de radio igual a un
cuarto de onda que impedirá el pasaje de la
corriente más allá, como si se tratara de una
"barrera de fuego". Estos chokes son más
efectivos en los puntos donde se producen
vientres (máximos) de corriente en el lado
exterior de la línea.
Importante:
Si la impedancia característica de la línea es
diferente de aquella para la cual fue diseñado
el medidor de ROE/Wattímetro (por ejemplo medir
sobre una línea de 75 ohm con un wattímetro
diseñado para líneas de 50 ohm), el medidor
indicará una variación de ROE con la longitud o
la posición a pesar que la verdadera ROE sobre
la línea no varíe en absoluto,
esto es un error de
medición y por él pueden presentarse
ligeras variaciones en la lectura debidas a
pequeñas variaciones de la Zo de la línea
respecto de su impedancia nominal (por ejemplo
si por cuestiones de fabricación la línea
verdadera tiene efectivamente 55 ohms en vez de
50)
No
es necesario cortar la línea a
valores "especiales"...
Una línea
terminada en su impedancia característica (a
este modo de trabajo se lo llama "línea plana"),
presentará siempre en sus
terminales de entrada una impedancia igual a la
característica, no importa cuál sea su
longitud; cualquiera de sus puntos son
indistintos, no hay "longitudes especiales".
Una línea con ROE presenta sobre sus terminales
de entrada valores que SI dependen de su longitud, por
ejemplo: en todos los múltiplos situados a
múltiplos enteros de media onda eléctrica
de la antena, la línea tiene la propiedad de "repetir" la impedancia que tiene la antena
o carga.
En múltiplos impares de un octavo de
onda y con cualquier carga puramente resistiva
la línea presentará sobre sus terminales de
entrada una impedancia cuyo módulo (no su
parte resistiva ni si parte reactiva) es
exactamente igual a su impedancia
característica.
Ahora bien,
¿sirven de algo estas propiedades
sin control sobre ellas? ¿Por qué ha de ser
mejor que sobre los terminales de entrada al
equipo exista una impedancia igual a la de la
antena (por utilizar una línea cortada a media
onda eléctrica) si esa impedancia es distinta de
la que precisa el equipo?.
No hay razón para
elegir largos de onda determinados a menos
que sepamos exactamente porqué y para qué lo
estamos haciendo, por ejemplo en el
siguiente caso:
Imaginemos una
antena que "casualmente" posee una
impedancia puramente resistiva de 112,5 ohms. Si
la alimentáramos ya sea con un cable de 75 ohms
o uno de 50 ohms cuyo largo fuera exactamente
media onda eléctrica, obtendríamos en su entrada
una Zin = 112,5 ohms, ¡que sigue siendo
diferente de la que conviene a un equipo
estándar de radioaficionados!... pues entonces,
media onda de coaxil, aunque repita la
impedancia de la antena, no servirá de ayuda
para variar esta situación.
Con una onda
completa sucedería exactamente lo mismo. Podemos
tranquilamente abandonar la "obligación de
emplear líneas de media onda" por cuestiones
"dogmáticas".
Lo mismo puede
decirse de cualquier otra longitud arbitraria de
la línea: la impedancia de entrada a la línea no
se adaptará al equipo más que por una feliz
casualidad a menos que sepamos hacerlo...
Veamos: en nuestro ejemplo hay una longitud que
en ciertas condiciones SI es especial y beneficiosa para la
situación descrita ...
Efectivamente, si
la carga fuera 112,5 ohm y empleamos una línea
de un cuarto de onda (o múltiplo impar de un
cuarto) de 75 ohms, del lado del
trasmisor aparecerán ¡50 ohms...! !
Justo el valor que
nuestro equipo estaba precisando...!
debidoa la utilísima propiedad
transformadora de impedancia que pueden ofrecer
las líneas ¡gracias a las ondas
estacionarias!, porque una carga de 112,5
ohms sobre una línea de trasmisión de 75, ¡desde
luego que tendrá estacionarias...! (2,25:1)
Veamos ahora un ejemplo de cuando conviene
cortar la línea a media onda (o múltiplo entero
de media onda) aprovechando su cualidad de "repetir" la impedancia de la antena o
carga:
Imaginemos una
antena o carga que tuviera justo 50 ohms
alimentada por una línea de cualquier impedancia
característica que además posee bajas pérdidas a
la frecuencia de trabajo.
En ese caso, la ROE
sobre la línea será diferente de 1:1 y la
impedancia en sus terminales de entrada podrá
tener muchos valores posibles., Sin cortando la
línea a una longitud de media onda o
múltiplos enteros de media onda, tendremos
"repetidos" en el trasmisor los 50 ohms de la
antena y el equipo se adaptará perfectamente, aunque la línea no posea una impedancia igual a
la de la antena y esté trabajando con ondas
estacionarias (esta forma de trabajo es habitual
en los distribuidores de potencia de los
sistemas de antenas de broadcasting).
Un
excelente y conocido ejemplo de esto sería una
línea abierta de 600 ohms cargada al extremos
con un dipolo de 50, en los bornes de entrada
tendremos 50 ohms, la ROE sería de ¡12:1!
y el sistema sería un eficaz irradiante con muy
bajas pérdidas.
El ejemplo nos
sugiere también emplear coaxiles rígidos baratos
de bajas pérdidas de troncales de video cable en
VHF/UHF. Teniendo presente que la ROE de 1,5
debida a la desadaptación producirá pérdidas
adicionales despreciables, prácticamente
inmedibles, que pueden estar en el orden de 0,1 dB tanto en VHF como en UHF, es una solución
excelente.
(si le "recetan" la
utilización algún adaptador de 50 a 75 para
eliminar pérdidas, exija garantía firmada ante
escribano público de que dicho adaptador
introducirá pérdidas inferiores a la de la misma
línea desadaptada...)
La
línea no irradiará por tener ondas
estacionarias...
La corriente de
radiofrecuencia del trasmisor hasta que llega a
la antena circula únicamente por el interior del
cable coaxil y no puede escapar de él debido al
blindaje que ofrece la malla.
Lo mismo sucede
con la onda reflejada:
ella también viaja por el
interior del cable coaxil y tampoco puede
escapar de él a causa del blindaje,
(esa es precisamente
una de las razones por las que se emplea el
cable coaxil).
Por eso tampoco la
onda reflejada puede ser irradiada por el coaxil. Lo que usualmente hace que la línea irradie no
son las ondas estacionarias sino el desbalance
por falta de balun, corrientes inducidas sobre
la parte exterior de la línea por acoplamiento
mutuo con la antena, etc.
Porqué la instalación de un balun
modifica la ROE
La función del
balun es vincular un elemento que está
balanceado (por ejemplo una antena dipolo) a un
elemento desbalanceado (la línea coaxil)
haciendo lo necesario para armonizar estas
condiciones.
A veces el balun puede ser
simultáneamente transformador de impedancia,
como en balunes de relación 4:1, 6:!, etc) y
otras no (balun de relación 1:1).
Puesto que como dijimos la ROE es una relación
entre la impedancia de la carga y la impedancia
de la línea un buen balun de relación 1:1 no
tendría porque alterar esa relación y por ende
tampoco la ROE. El hecho de que la instalación
del balun en una antena modifique la ROE resulta
de dos situaciones principales:
Cuando una
antena balanceada como el dipolo se alimenta
directamente desde un coaxil sin balun la
parte exterior de la malla del coaxil pasa a
formar parte de la rama del irradiante que
está conectada a ella produciendo un
variación en la longitud efectiva de la
antena; eso puede hacer que la
frecuencia de autoresonancia de la antena
difiera de la esperada por la longitud del
dipolo únicamente.
Al instalar el balun, ese efecto desaparece
y el sistema resuena en la frecuencia
prevista lo cual hace disminuir la ROE. No es muy correcto decir que el balun ha
"bajado" la ROE, sino más bien que ha
evitado la desintonía de la antena y por eso
disminuyó la desadaptación.
Otras veces, sin
embargo, al instalar el balun, la ROE
aumenta porque el sistema puede haber sido
llevado a resonancia acortando la antena y
al desaparecer el efecto de la longitud
adicional que agregaba la parte exterior del coaxil la antena
"nos queda corta",
tampoco es justo decir aquí que el balun "aumentó la ROE"
En
oportunidades al instalar un balun con
núcleo ferrimagnético la ROE disminuye y el
ancho de banda de ROE aparente de la antena
mejora, frecuentemente se debe a que el
balun tiene pérdidas que aumentan al haber
mayor reactancia en las frecuencias en que
la antena está más desintonizada, haciendo
que la ROE "se planche". Eso no constituye
una mejora, por el contrario revela unempeoramiento del
rendimiento del sistema (debido a las
pérdidas adicionales).
Nota acerca de las relaciones
CAUSA - EFECTO.
Una de las cosas
que siempre tienden a confundir al humano es el
establecimiento de relaciones causa-efecto
equivocadas.
Tomemos un analogía corriente:
cuando enfermamos -digamos de sarampión- nuestro
organismo responde con un aumento de temperatura
corporal y una erupción en la piel.
Todos
sabemos que el sarampión es una enfermedad que
produce ambos síntomas, la erupción y el aumento
de la temperatura, porque así nos lo han
enseñado; es posible que alguna persona sin ese
conocimiento, deduzca que la erupción se produce
"a causa" de la elevación de temperatura.
Algo parecido sucede en una tormenta; pareciera
que el relámpago es responsable del trueno
porque lo vemos primero (debido a que la luz
viaja más rápido que el sonido). Pero en
realidad tanto el relámpago (destello luminoso)
como el trueno resultan de la violenta descarga
eléctrica que da origen simultáneamente a los
dos.
La ROE como la
fiebre muchas veces es simplemente una
indicación de algo más que está sucediendo y es
el verdadero responsable de los efectos
indeseables percibidos, no la causa de ellos.
Por ejemplo, supongamos que por alguna razón
falla el balun, debido a eso la antena se
desbalancea y la ROE aumenta.
Simultáneamente
observamos que nuestra emisión comienza a
interferir equipos de audio, teléfonos, el
micrófono quema, etc. Una conclusión sería que
todos esos desperfecto son "culpa de la ROE",
pero resulta apresurada: La causa fue el desbalance ese desbalance dio
origen a corrientes por la parte exterior del
cable coaxil que se dirigen a tierra a través de
los equipos y el resto de la instalación
eléctrica, ¡la radiación de esa corriente
produjo los inconvenientes en los aparatos...!
también produjo un aumento en la ROElo
cual fue un simple efecto adicional.
Si creemos que la
radio es un hobby-ciencia, entonces es necesario
ir adquiriendo -aunque más no sea de a poquito-
hábitos científicos que ayuden a reconocer las
verdaderas causas de los efectos observados y
resguardarnos de falsas interpretaciones que
complican la solución de problemas.
Aunque sean
"Vox Populi" las leyes de la física no
se votan democráticamente. Recurra a
literatura responsable para verificar temas
polémicos como este toda vez que sea necesario.
Una excelente y
completísima revisión de todo el tema puede
encontrarse en una serie de artículos publicados
en QST a partir del abril de 1973 titulado:
(1)
Maxwell, Walter (W2DU/W8KHK), "Another
look at reflections", QST, abril - agosto
1973 — "Some Aspects of the Balun problem".
QST, Marzo 1983.
(1) Bloom,
Jon (KE3Z), "Where does the power go?",
QEX, diciembre 1994
Sobre la teoría
fundamental acerca de la ROE y las propiedades
de las antenas como recolectores y radiadores de
energía electromagnética puede consultarse el
libro:
Terman, Frederick
E.(*),"Ingeniería de radio", Editorial Arbó,
Bs. As. 1952. (Traducción al castellano
por el Ingeniero Humberto Ciancaglini)
