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TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 4: Una pica clavada en tierra es suficiente para una vertical?

¿Basta con una pica clavada en tierra para una antena vertical de 1/4 de onda?

En el Test sobre conocimientos prácticos sobre la radioafición, planteábamos qué había de cierto sobre un par de ideas muy difundidas entre nuestra afición y que volvemos a recordar: Si no puedes colocar muchos radiales enterrados debajo de una vertical, una simple pica clavada en tierra es suficiente como contraantena para una vertical de ¼ de onda. ¿Verdadero o falso?

La respuesta correcta es que es mucho más falso que verdadero. Una  antena vertical necesita  una contraantena mucho mejor que una simple pica clavada en tierra, puesto que la conductividad de una sola pica como tierra es generalmente muy pobre y la eficiencia de la antena se arruina.  Y todo eso sin tener en cuenta la pobre conductividad del suelo en general, salvo honrosas excepciones. Volveremos a comentarlo más adelante.

La siguiente pregunta del Test era: Es mejor colocar tropecientos radiales enterrados, que unos pocos radiales elevados bajo una antena vertical de ¼ de onda. ¿Verdadero o falso?

Pues resulta también falso. Es algo más eficiente y  puede resultar más sencilla la colocación de unos pocos radiales elevados resonantes de un cuarto de onda (4 por cada banda), aunque solamente sea a 30 cm sobre el suelo, que colocar una gran cantidad de radiales enterrados bajo la antena como contraantena.  Más adelante explicamos de dónde salen estas afirmaciones.

Vuelta a lo básico:  La gran ventaja de las antenas verticales

Empecemos por puntualizar que la gran ventaja de las verticales estriba en que con ellas se consigue un bajo ángulo de radiación en emisión (y también  en recepción, pero con “reservas”) en bandas bajas, aunque su ganancia queda muy lejos de la que se puede obtener con antenas horizontales directivas, si se colocan a suficiente altura.

 01-Diagrama de radiación de una antena vertical de cuarto de onda

Fig. 1- Diagrama de radiación de una antena vertical de cuarto de onda

Aclaremos primero que las “reservas” sobre las ventajas del bajo  ángulo del máximo del lóbulo de recepción  se derivan de su omnidireccionalidad y, por tanto, de su captación de ruido procedente de todas direcciones, lo cual hace que sean sordas comparadas con dipolos horizontales, incluso los dipolos colocados a una altura muy inferior a la adecuada.

Puntualicemos que un ángulo suficientemente bajo de radiación de dipolos y antenas directivas horizontales adecuado para el DX solo se consigue instalándolos a suficiente altura, por lo menos a  ¾ de longitud de onda sobre el suelo, lo que normalmente sólo hace posible su instalación a una altura adecuada en bandas de frecuencias elevadas, a partir de los 14 MHz. Para corroborar esta afirmación, pensemos que una antena horizontal  para la banda de 30 metros ya necesitaríamos colocarla a más de 22 metros de altura sobre el suelo, si queremos que sea eficaz para el DX. Y no hablemos de los 30 metros de altura que serían necesarios para una antena horizontal para la banda de 40 metros.

 02-Ángulo de radiación de un dipolo según la altura

 Fig. 2 – Ángulo de radiación de un dipolo según la altura

Primera conclusión

Las verticales son buenas para el DX en bandas de frecuencias muy bajas, pues proporcionan buenos ángulos bajos de radiación para el DX en bandas de 160, 80 y 40 metros con instalaciones relativamente fáciles de realizar, mientras que la instalación de dipolos o directivas horizontales a una altura adecuada es muy problemática, por no decir casi imposible, excepto en instalaciones descomunales como la Torre 7 de Radio Arkala (www.radioarcala.com).

Para bandas de frecuencias superiores a partir de los 20 m, siempre será mejor colocar antenas directiva a una buena altura adecuada, porque, además del ángulo bajo, podremos conseguir directividad, la cual no solo nos proporcionará ganancia en transmisión y recepción, sino que, además, muchísimas veces reducirá el ruido captado gracias a su  directividad. No hay comparación posible en recepción con la omnidireccionalidad de una vertical.

La excepción sería la instalación de un array o una matriz de verticales enfasadas para obtener directividad con ellas. Pero, atención a que esto no sería fácil de realizar con verticales multibanda, por la complicación que representaría montar sistemas de enfasamiento multibanda. Un tinglado así solo nos saldría a cuenta montarlo como mucho sólo para un par de bandas, a escoger entre las más bajas de 160, 80 y 40 metros.

 03-Cuatro verticales enfasadas

Fig. 3 – Cuatro verticales enfasadas

 

Un par de malas razones para instalar verticales

-En primer lugar y principal es que aparecen muchos anuncios de antenas verticales en las revistas de radioafición y parece que sean muy fáciles de montar e instalar. Nos olvidamos de que el mercado de la radioafición es un mercado principalmente americano, en un continente en el que la mayoría de población vive en fincas y viviendas con grandes extensiones de terreno a su alrededor y con terrenos poco rocosos, sino más bien sedimentarios, en los que es muy fácil instalar radiales bajo una antena vertical.

Pero este no es el caso de Europa, donde la mayor parte de la población radioaficionada no vive en viviendas aisladas, sino que vive en apartamentos o en casa adosadas donde no es posible la colocación de tomas de tierra adecuada para RF, por lo que la mayoría de estas antenas verticales que vemos en todos esos anuncios no son instalables por el radioaficionado medio europeo.

– Aparte de tantos anuncios, en segundo lugar viene la falta de espacio que nos hace soñar con la posibilidad de colocar una antena vertical en un espacio reducido, como por ejemplo un patio o una terraza. Pero nos olvidamos de que la mayoría de verticales comerciales no llevan incorporada la otra mitad de la antena, la contraantena, y que no pueden funcionar sin algún tipo de contraantena, normalmente unos radiales.

Hay muy pocas verticales sin radiales ni contraantena, pues las pocas disponibles son dipolos verticales multibanda como las antenas GAP Titán (http://www.gapantenna.com/titan.html)  y la MFJ-1798 (http://www.mfjenterprises.com/Product.php?productid=MFJ-1798), o bien se trata de antenas de tipo end-fed, o sea verticales alimentadas en alta impedancia por su extremo inferior, pero estas no acostumbran a ser multibandas. Todas las restantes verticales que vemos en los anuncios de antena presentan un grave problema de instalación y funcionamiento, pues solo nos venden la mitad de la antena.

Así que mucho cuidado con lo que compramos, pues podéis encontrarnos con que solo habéis comprado la mitad de la antena y falta la otra mitad. Generalmente no tendréis ni la más mínima posibilidad de conseguir una contrantena adecuada en el terrado de una vivienda o en la terraza de en un apartamento, aunque haya ciertas excepciones. Por ejemplo, algunos edificios totalmente de estructura metálica podrían permitir la instalación de una vertical, si proporcionan también una buena superficie metálica conductora inmediatamente debajo de la antena, pero esos casos son más bien raros. En las edificaciones normales actuales con estructura de hormigón y techos de bovedilla, no hay habitualmente una superficie conductora adecuada.

El sueño de una pica en Flandes

Una buena variante del sueño de colocar una vertical sin radiales de ningún tipo en un espacio reducido es la posibilidad de conseguir una buena toma de tierra con tan solo clavar una pica en el suelo. Es decir, utilizar la tierra como contrantena conectando con ella por medio de una pica clavada en el suelo.

Pero, aquí, la primera condición que debe cumplir el suelo es que sea buen conductor y eso no es tan frecuente en España, aunque en otros países pueda ser algo más fácil de encontrar. En EEUU, donde se venden tantas verticales, en sus estados centrales, donde acostumbra a residir la mayor parte de la población radioaficionada, suele haber extensas llanuras con un terreno sedimentario, normalmente no demasiado húmedo, pero por lo menos el suelo cumple la condición de que se le pueda clavar fácilmente picas de 2,5 metros.

En España, el problema es que, de entrada, los terrenos acostumbran a ser en su mayor parte rocosos y no vamos a poder clavar probablemente cualquier pica más de 50 cm. Para postres, con una sola pica clavada, ya hemos comentado en muchos artículos anteriores que, en un suelo medianamente conductor, obtenemos una resistencia de tierra entre 20 y 40 ohmios. Si tomamos como referencia una media de 30 ohmios por pica, esta resistencia sería totalmente de pérdidas y se encontraría en serie (sumada) con la resistencia de radiación de la antena vertical de ¼ de onda (37,5 ohmios). Por tanto absorbería casi la mitad de la potencia. Eso es ya una ganancia negativa de -3 dB para empezar, aparte de la poca ganancia teórica propia de una vertical que ya se coloca  1 o 2 dB por debajo de un dipolo.

Si queremos reducir esta resistencia de tierra a un valor razonable, deberíamos clavar por lo menos 4 picas para poder dividir la resistencia por 4. Eso nos daría una resistencia de pérdidas media de 7,5 ohmios, lo que nos ayudará a mejorar la adaptación al coaxial de 50 ohmios, pues obtendríamos una antena que tendría más o menos 37,5  + 7,5 = 45 ohmios de impedancia en su punto de alimentación,  mientras que las pérdidas en la resistencia de tierra serían menores de 1 dB, concretamente de 0,8 dB.

 04-Colocación efectiva de piquetas de tierra

Fig. 4 – Colocación efectiva de piquetas de tierra

Ya veis que todo depende de que tengamos el terreno adecuado. ¿En unas marismas? Perfecto. ¿A la orilla del mar con una buena capa freática y a casi el mismo nivel del mar? Excelente. ¿En un barco con todo el mar como superficie conductora? Fantástico.

¿En una montaña? Fatal. Te recuerdo que todas las montañas son rocosas y que el resultado, incluso en el caso de que consiguieras clavar las picas,  será muy decepcionante por su falta de conductividad. Mejor piensa en otra antena, así como en todos los demás casos.

Si tenemos buenas razones, vertical con radiales

Vamos a suponer que disponemos de suficiente terreno no rocoso y relativamente buen conductor, porque hay una buena capa freática y queremos aprovechar el bajo ángulo de radiación  de una vertical, porque queremos disponer de una buena instalación para operar en concursos en bandas bajas (160, 80, 40 m) concursos. Nos quedan muchos interrogantes todavía.

Los principales interrogantes con los que nos encontramos y a los que intentaremos dar respuesta en este artículo se resumen en estas  preguntas: ¿Radiales desnudos o recubiertos? ¿Basta con unos pocos o hay que colocar muchos radiales? ¿Radiales resonantes en ¼ de onda o no resonantes? ¿Cortos o  largos? ¿Radiales enterrados o elevados? ¿Profundamente enterrados o lo menos posible?

Vayamos por partes: De entrada, vamos a dar por supuesto que hablamos de radiales enterrados.

¿Desnudos o recubiertos?

Los cables de cobre desnudos mejorarán el contacto con tierra y disminuirán la resistencia. Por supuesto que puede utilizarse un solo hilo de cobre, pero es mejor que el cable esté formado por múltiples hilos porque, para un mismo diámetro de cable y coste, el contacto de numerosos hilillos que lo forman proporcionará una mayor superficie de contacto y una menor resistencia de contacto con la tierra conductora y, por tanto, menos pérdidas.

Pero tenemos el problema de que, con el tiempo, los ácidos del suelo corroerán poco a poco el cobre y, unos pocos años después, descubriremos que se ha oxidado todo y que no queda ni cable. Algunos autores recomiendan intercalar radiales recubiertos de aislante que se acoplarán capacitivamente al suelo, sin que en cambio se deterioren con el tiempo y ese pequeño detalle garantizará la duración a largo plazo de nuestra instalación.  ¿Ponerlos todos aislados? Entonces nos quedamos sin conductividad con tierra, lo cual es malo para rayos, para estática y muchas cosas más. Así que la mejor solución puede ser una intermedia. Unos aislados y otros descubiertos, pero que sean del máximo diámetro posible que permita nuestro presupuesto.

Por propia experiencia con mis antenas (ya tengo muchos años), os puedo corroborar que los años pasan muy rápidamente y que el esfuerzo de haber realizado una instalación de cualquier tipo hace que  confiemos en que vaya a durar toda la vida y, por consiguiente, descuidemos totalmente su mantenimiento y la renovación de los materiales empleados. La duración de una antena es directamente proporcional al precio y la calidad de los materiales empleados. No escatimemos gastos en esta etapa. Contra mayor sección del hilo de cobre empleado, más años nos durará la instalación.

¿Acero inoxidable? Vale la pena pagar el precio del cable inoxidable para riostras y amarres para sujetar la torreta de una directiva, aunque desgraciadamente la conductividad del acero inoxidable es muy mala y no puede ni debe emplearse en conductores para antena, ni tampoco para radiales. Por poner un ejemplo, tuve montado un dipolo en V invertida para 28 MHz realizado con dos ramas de acero inoxidable que daba una respuesta plana entre 26 y 32 MHz. La ROE era fantásticamente plana, pero todo se perdía en la resistencia del cable, pues por supuesto,  llos controles que recibía eran muy decepcionantes.

¿Pocos o muchos radiales?

Este es un tema que ha sido muy debatido y parece como si hubiera quedado como paradigma de un sistema de radiales en el que deban colocarse tantos como se puedan y, si puedes pagarlos, mejor colocar hasta 120 radiales. Eso sería un radial cada 3 grados de la rosa de los vientos. Yo daba por supuesto que esto era lo más aconsejable, hasta que leí el artículo “An experimental Look at Ground Systems for HF Verticales” (Un vistazo experimental a los sistemas de tierras para Verticales de HF) de Rudy Severns, N6FL, publicado en el QST de Marzo de 2010 en la página 30.

La primera comprobación que  Rudy Severns realizó fue la de aumentar el número de radiales enterrados desde 4 hasta 8, luego hasta 16 y 32, y finalmente hasta colocar 64 radiales. No, no llegó a colocar los 128  radiales porque los resultados anteriores ya le habían indicado que no salía a cuenta, que no valía la pena.

La diferencia de señales radiadas que encontró, tanto con antenas verticales de ¼ de onda, de 1/8 de onda y incluso más cortas, fue apreciable (mayor que algún decibelio) hasta alcanzar el número de 16 radiales enterrados.  A partir de esa cifra, al duplicar los radiales, las señales ya sólo aumentaban en décimas de decibelio.

Al pasar de 16 a 32 radiales enterrados, la mejora que obtuvo se encontraba entre 0,2 y 0,3 dB y, al pasar de 32 a 64 radiales, obtuvo también mejoras de solamente 0,2 dB con todo tipo de verticales, con lo que la mejora total al pasar de 16 a 64 radiales oscilaba entre 0,4-0,6 dB. Extrapolando sus gráficas, se deducía claramente que el paso de 64 a 128 hubiera producido en todos los casos una mejora inferior a 0,1 dB. Una ganancia nada rentable para tanto esfuerzo.

Así que ya tenemos una conclusión. Por lo menos vale la pena colocar 16 radiales, pero difícilmente obtiene recompensa el esfuerzo de colocar 128 radiales. La mejora no llegaría ni a 1 dB.  Esta conclusión es muy importante si, además, pretendemos realizar un sistema directivo de 4 verticales enfasadas, de modo que el sistema sea direccionable por medio de la combinación de fases. Si necesitamos colocar 4 planos de tierra, uno para cada una, vale la pena saber hasta dónde sale a cuenta llegar en la instalación de radiales.

¿Profundamente enterrados o lo menos posible?

Para contestar a esta pregunta me remito a un artículo titulado The Ground-Image Vertical Antenna escrito por Jerry Sevick, W2FMI, y publicado en el QST de Julio de 1971.

Sus conclusiones experimentales fueron que contra más cerca de la superficie se encuentren los radiales, mejor que mejor. Contra más los enterraba, menos efectivos resultaban. Así que está claro que no sale a cuenta enterrarlos mucho, sino sólo lo suficiente para que se pueda circular por encima sin mayores problemas y sin peligro de cualquier posible contacto y, sobre todo, fuera del alcance de los paseantes.

¿Radiales enterrados o elevados?

Bien, esta es una buena pregunta. A mí siempre me había sorprendido el excelente resultado que proporcionaban las antenas Grond Plane con plano de tierra artificial, formado por tres o cuatro cortos radiales resonantes de 1/4 de onda, o mucho más cortos alargados eléctricamente con bobinas.

Las conclusiones de N6FL fueron que, colocando 4 radiales resonantes para cada banda y por lo menos a 30 cm del suelo, se conseguían resultados consistentemente 1 dB por encima de los obtenidos con radiales enterrados. ¿Con cuántos radiales? Pues las pruebas las realizó empezando con 4 radiales por banda y obtuvo el mismo éxito que con más radiales. Siempre he sostenido que bastaría con 2 radiales opuestos por banda, pero desgraciadamente me he quedado con las ganas de saber si dos son suficientes, pues el autor comenzó ya con cuatro.

 05-Radiales a 30 cm del suelo

Fig. 5-Radiales a 30 cm del suelo

Insistamos en que las experiencias de Rudy Severns, N6LF, demuestran que cuatro radiales elevados a 30 centímetros sobre el suelo resultaron ser tan efectivos como 120 radiales enterrados.

Claro que eso tiene el inconveniente de que los radiales queden al alcance de transeúntes y presenten radiofrecuencia de gran tensión en las puntas, con lo que resultaría extraordinariamente peligroso cualquier contacto accidental durante la transmisión, incluso con equipos QRP de potencias de 5 W.  En las puntas de radiales resonantes de ¼ de onda aparecen siempre tensiones de RF muy elevadas que pueden quemar la mano del que toca esa punta. Por tanto, si hablamos de radiales elevados en una parcela, a menos que esté vallada de forma que se impida la circulación por los alrededores de la antena, debemos colocarlos por lo menos a 2,5 metros de altura para que no se puedan alcanzar con la mano.

 05-Radiales a 2,50 cm del suelo

05-Radiales a 2,50 cm del suelo.bmp

¿Resonantes en ¼ de onda o no resonantes? ¿Cortos o  largos?

Por supuesto que los radiales elevados deben ser de ¼ de onda de longitud por banda y resonantes, opuestos por lo menos dos a dos para cancelar su radiación en el espacio. De eso no hay ninguna duda.

En cambio, los radiales enterrados inmediatamente debajo dejan de ser resonantes y la cuestión que nos planteamos es qué longitud mínima deben de tener. Según los experimentos de N6LF, sorprendentemente conseguía mejores señales cuando los radiales enterrados eran algo más cortos que ¼ de longitud de onda, concretamente alrededor de un 70% de esa longitud. Eso quiere decir que, para una antena vertical para 40 metros, la longitud óptima la encontraba sobre los 6-7 metros para cada radial enterrado, cuando ¼ de onda serían 10 metros.

La explicación que encontró es que, al enterrar los radiales bajaba mucho su frecuencia de resonancia y eso desplazaba la corriente máxima en la antena hacia los radiales y, al acortarlos, se mejoraba la eficiencia de la antena y se devolvía la corriente máxima a la base. Además, este efecto de la mejora con el acortamiento de los radiales era mucho más marcado cuando se utilizaban solamente 4 radiales enterrados y era mucho menos acusado cuando se utilizaban 16 o 32 radiales enterrados por banda.

Por otra parte, los radiales enterrados recubiertos de aislante se afectaban mucho menos por el enterramiento y se optimizaban con una longitud muy ligeramente inferior a la de ¼ de onda.

Como conclusión principal, el autor en su artículo del QST expone que, si utilizaba 16 radiales, el efecto de acortar su longitud desaparecía rápidamente. Por tanto recomendaba que, si para la instalación de radiales se dispone de un presupuesto limitado, o sea de una cantidad de cobre determinada, es decir, si sólo disponemos de unos metros de cobre concretos, es mucho mejor distribuir esos metros de cobre de forma que se coloquen muchos más radiales cortos que no unos pocos largos. Y eso era especialmente mucho más cierto contra más corta fuera físicamente la vertical en relación a la longitud de onda; es decir, contra más acortada por medio de sombreros capacitivos o bobinas de carga que aumentaran su longitud eléctrica para llevarla a resonancia.

Resumen de las conclusiones sobre las verticales

¿Tenemos un extenso terreno con buena conductividad y capa freática cerca de la superficie? Pensemos en colocar una vertical con por lo menos 16 radiales enterrados de mucho menos de ¼ de onda de longitud que nos darán un gran rendimiento y dispondremos de un ángulo bajo de radiación. La conductividad del terreno nos garantiza ese bajo ángulo de radiación. Poner muchos más radiales no sale demasiado rentable (< +1 dB).

¿Tenemos un extenso terreno pero muy seco y con poca conductividad? ¿Tendremos un bajo ángulo de radiación también? Eso ya es más dudoso y más vale que pensemos en colocar radiales resonantes de ¼ de onda elevados, por lo menos 4 por cada banda.

No tenemos un terreno suficientemente grande pues es más bien pequeño, pero nos consta una buena conductividad, pues en el subsuelo hay una capa freática muy próxima y es muy húmedo. Pensemos en colocar varias picas al pie de la vertical para conseguir una baja resistencia de tierra en serie con la antena y nos proporcionará también con un buen ángulo bajo de radiación.

Tenemos un terrenito muy pequeño y con un subsuelo más bien rocoso y no podemos colocar antenas horizontales por falta de espacio. Olvidémonos de las verticales sin cotraantena y empecemos a pensar en verticales de media onda acortadas con bobinas y otros artilugios, como las que mencionábamos al principio del artículo, la GAP Titán y la MFJ-1798.

Claro está que todo esto es sólo será válido para las tres bandas bajas de HF, pues para las bandas altas, debemos siempre pensar en instalar dipolos o antenas directivas sobre torreta o mástil, ya sean Yagi o cúbicas, pues ante cualquier antena horizontal colocada a suficiente altura, las antenas verticales pocas ventajas nos ofrecen.

73 Luis A. del Molino Ea3OG

TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 6: El mejor receptor es el más sensible?

¿La sensibilidad de los receptores es muy importante?

En el Test sobre tus conocimientos prácticos sobre la radioafición, nos preguntábamos qué había de cierto sobre ciertas ideas muy difundidas entre la radioafición, sobre si el mejor receptor es el más sensible y si esta es la característica más importante de un receptor, una cuestión que se comenta tan menudo en las bandas, que merece que la discutamos en el presente artículo:

La pregunta la formulábamos así: ¿La sensibilidad de un receptor es la característica más importante que debemos tener en cuenta al escoger un receptor de calidad?  ¿Verdadero o falso?

Y respondíamos que la respuesta correcta era que esta afirmación es muy falsa en HF. En las condiciones habituales de funcionamiento de una estación de aficionado, no sirve de nada tener un receptor muy  sensible, por debajo de las frecuencias de 25 MHz, porque el ruido eléctrico exterior total que llega al receptor  por la antena es muy superior al ruido generado en el propio receptor. Así que no nos sirve de nada tener el receptor más sensible del mundo porque recibirá exactamente lo mismo que un receptor más bien sordo con una antena dipolo o con una vertical.

En VHF la afirmación no es del todo falsa, pero sí bastante falsa, pues aquí también hay que tener en cuenta que, para la recepción de señales débiles, la sensibilidad de un “sistema” receptor (conjunto de antena y receptor) depende en gran parte de otros factores adicionales, concretamente de las pérdidas debidas a la longitud de la línea de bajada, lo que obliga al uso de preamplificadores en la antena, si queremos disponer de un sistema receptor medianemente bueno para la recepción de señales débiles.

Así que podemos decir tranquilamente que esta afirmación es falsa también en VHF, porque la sensibilidad del receptor deja de ser lo más importante y, en su lugar, el preamplificador colocado en la antena es el elemento fundamental.

Una relación señal/ruido positiva

La calidad de una señal captada en CW o en SSB viene dada por su relación señal/ruido. Es decir, que para poder escucharla con claridad, normalmente necesitamos  que la  señal supere al ruido en una magnitud que depende de la modulación utilizada y del ancho de banda del receptor. Cuanto mayor sea la diferencia entre  la señal y el ruido, mejor la escucharemos.

Eso significa que, para una buena recepción, debemos atender a dos frentes: Por una parte debemos intentar obtener la mejor señal posible, lo cual solo puede conseguirse mejorando en lo posible la antena y procurando que su ganancia sea lo mayor posible, es decir, maximizando la ganancia de la antena.

Por otra parte, debemos intentar minimizar el ruido total en el receptor, para lo cual debemos luchar en otros dos frentes: El ruido exterior captado por la antena y el ruido generado interiormente por el propio receptor.

La encrucijada: HF o VHF+

Nos encontramos en este momento en una encrucijada, un cruce de dos caminos, y debemos concentrarnos cada vez en uno de los dos, pues en las bandas de HF, el ruido exterior acostumbra a ser muy superior al propio ruido del receptor. En ellas no nos sirve de nada el mayor o menor ruido interno del propio receptor, pues por medianeja que sea su sensibilidad, es muy difícil que el ruido generado por el receptor sea superior al exterior captado por la antena. Hay que puntualizar que esto no siempre es así y más adelante en este artículo discutiremos los contados casos excepcionales en los que la sensibilidad del receptor puede ser importante. Véase el cuadro 1 para contemplar el panorama del ruido exterior  captado por un dipolo  de media onda en cada banda, en un lugar tranquilo y aislado en pleno campo, bien alejado de la civilización.

CUADRO 1

RUIDO EXTERIOR CAPTADO EN UNDIPOLO DE MEDIA ONDA EN EL CAMPO

Frecuencia

dBm en

500Hz

Noise Figure

equivalente

1,6 MHz

-101

46

3,5 MHz

-109

38

7 MHz

-117

30

10 MHz

-118

28

14 MHz

-119

28

18 MHz

-125

22

21 MHz

-126

22

24 MHz

-127

20

28 MHz

-131

18

50 MHz

-135

12

 

En cambio, en VHF+ (con el signo +queremos decir VHF y frecuencia superiores), el ruido exterior captado por la antena es generalmente siempre inferior al del propio receptor. De modo que aquí sí que tendría importancia optimizar el diseño del receptor  en cuanto al ruido, pues calidad de un receptor y su sensibilidad nos proporcionará un buen rendimiento.

La sensibilidad del receptor en VHF+ se mide generalmente comparando su NF (Noise Factor) o el Factor de Ruido del receptor. Pero, en la práctica, no nos basta un buen receptor, sino que tenemos que tener en cuenta que este ruido se compone en primer lugar del ruido producido por la misma antena, que equivale al generado por una resistencia de 50 ohmios,  y del ruido producido por las pérdidas en la línea de bajada, antes de sumarle el del receptor propiamente dicho. De modo que para obtener  el Factor de Ruido global de la instalación receptora, debemos tener en cuenta los tres elementos generadores de ruido: Antena (con o sin preamplificador), cable de bajada y receptor. El ruido combinado de los tres nos marcará  nuestro umbral de recepción, por lo que ya veis que, además de la sensibilidad del receptor, hay otros elementos que afectan a este límite de forma muy importante. Ver figura XX

Medidas de la sensibilidad en HF

Dados los dos caminos a recorrer, no nos debe extrañar que haya varias formas de medir la sensibilidad de un receptor. En HF se prefiere utilizar una medida de la Mínima señal detectable o MDS en lugar de comparar los ruidos generados por los receptores, mientras que en VHF+ se prefiere definir la sensibilidad de un receptor por el ruido que genera internamente, pues aquí es un factor importante, aunque no tanto como veremos posteriormente.

En HF la  sensibilidad de los receptores se acostumbra a comparar por medio de la MDS (Minimun Discernible Signal = Mínima señal  detectable), que consiste en la señal mínima de CW en dBm en bornes del receptor (estando equipado con un filtro de un ancho de banda de 500 Hz) que aumenta la tensión en el detector de producto en 3 dB sobre la tensión existente solamente escuchando el ruido propio del receptor conectado a una carga de 50 ohmios y esa cifra se da como sensibilidad MDS de un receptor.

También se comparan muchas veces por el llamado Noise Floor (algo así como Umbral de ruido) que, aunque tiene las mismas siglas que el Factor de Ruido, no tiene nada que ver con la cifra de Noise Figure o Noise Factor del los receptores de VHF y que es la cifra de la señal que iual el ruido propio del receptor en los bornes de la antena.

Así por ejemplo, un equipo Flex-5000 tiene una sensibilidad o Noise Floor (Umbral de Ruido) de -135 dBm con preamplificador activado. Para obtener la mínima señal detectable MDS deberíamos añadirle +3 dB y resultaría que la MDS o Mínima Señal Discernible sería de  -132 dBm, pues esa señal haría subir la medida del Smeter en 3 dB. ¿Fácil, no? Como podéis comprobar, queda más bonita la cifra de sensibilidad 3 dB más baja y por eso los fabricantes prefieren el Noise Floor o Umbral de ruido a dar la cifra MDS.

Medidas de la sensibilidad en FM en VHF+

Aquí tenemos que hacer un paréntesis para explicar que la sensibilidad de los equipos equipados solamente para la recepción de FM se mide de una forma distinta a la de los equipos preparados para SSB y CW, puesto que al incorporar una amplificación de FI muy poco lineal, e incluso con un limitador de amplitud, la medida no puede realizarse de la misma forma.

Para equipos de FM se prefiere utilizar el concepto SINAD  (Señal + ruido/ruido) que se refiere a la señal necesaria en microvoltios para obtener una relación SINAD  (S+N/N) de 12 dB, que es la mínima señal necesaria para obtener lo que se llama “full quieting” o silenciamiento completo del ruido de fondo de una señal de FM. A partir de ese nivel, se deja de escuchar el ruido completamente y bruscamente desaparece. Esa brusquedad hace que sea un punto muy adecuado para comparar la sensibilidad de receptores de FM.

El Factor de ruido del sistema receptor, esencial en VHF

En cuanto a los equipos receptores deVHF destinados a la recepción de señales débiles en  SSB y CW (y modalidades digitales) la medida de la sensibilidad nos la dará el menor Factor de Ruido generado por el equipo. Este factor de ruido es una medida del ruido generado por todos los pasos del receptor, trasladado a los bornes de entrada de la conexión de la línea de bajada desde la antena.

Sin embargo, por delante tenemos una línea de bajada con pérdidas y una antena con una temperatura de ruido que no podemos cambiar. Se toma como referencia la temperatura generada por una resistencia de la misma impedancia que la antena (50 ohmios) como generador de ruido a 290º K (17º Centígrados) que será la referencia para las comparaciones. Ese es un nivel mínimo que no podemos obviar fácilmente. En la práctica, para una antena de 50 ohmios este nivel mínimo para un ancho de banda de 500 Hz un receptor perfecto sin ruido tendría por lo menos un Noise Floor de-147 dBm.

Las pérdidas en la línea de bajada se añaden directamente como ruido al generado por el receptor. Sin embargo, un preamplificador colocado en la antena tiene la virtud de que su ganancia la podemos utilizarla para amplificar la señal y mejorar la relación/ruido sobre el ruido generado posteriormente. Si ahora intentamos trasladar todo ese ruido posterior a los bornes de la antena, el ruido interno del receptor quedará dividido por el factor (numérico) de ganancia de nuestro amplificador según la fórmula  Fs = Fp + (Fr-1)/Gp. Más adelante en este mismo artículopondremos un ejemplo de su aplicación práctica.

En HF manda casi siempre el ruido exterior

Podemos comprobar en el cuadro 1 que  el ruido exterior captado por un dipolo de media onda depende de la frecuencia y es distinto en cada banda, y este  ruido es la suma del ruido intergaláctico, el ruido solar, el ruido generado por Júpiter y el ruido atmosférico terrestre, generado tanto por las tormentas como el generado por el hombre y sus instalaciones eléctricas. En cada banda de HF suma una cantidad que en un ancho de banda de 500 Hz queda como indica la última columna del recuadro. Este ruido nos marca nuestro límite de sensibilidad con un dipolo. Y ese ruido es el resultante en un ambiente de campo tranquilo, alejado de zonas urbanas pobladas.

CUADRO 2

RUIDO EXTERIOR

EN HF

Ancho de banda de 500 Hz

500 Hz

500 Hz

Localización

Campo abierto

Habitado

Ciudad

Frecuencia

dbm

dbm

dbm

1,6 MHz

-101

-91

-81

3,5 MHz

-109

-99

-89

7 MHz

-117

-107

-97

10 MHz

-119

-109

-99

14 MHz

-119

-109

-99

18 MHz

-125

-115

-105

21 MHz

-125

-115

-105

24 MHz

-127

-117

-107

28 MHz

-131

-121

-111

50 MHz

-135

-125

-115

 

¡Y debemos tener en cuenta que ese ruido aumenta en como mínimo +10 dB en pueblos con cierta densidad de viviendas (sin bloques de apartamentos)  y debe incrementarse  en cerca de otros +10 dB si nos encontramos en un casco urbano, en el interior de una ciudad.

 

Podemos comparar estos niveles de ruido exterior con el cuadro 3 en que tenemos la sensibilidad de unos cuantos equipos comerciales,  y comprobar que la mayoría receptores, por medianejos que sean, a menos que estén cascados,  tienen una sensibilidad muy superior a la del ruido exterior captado en casi todas las bandas de radioaficionado, por lo que todos oirán lo mismo con la misma antena, a menos que estén en el lugar más silencioso del mundo eléctricamente hablando..

CUADRO 3

Tabla comparativa de la sensibilidad

en un ancho de banda de 500 Hz

Equipo

Noise Floor

MDS

Drake R4-C

-139 dBm

-136 dBm

Elecraft

-138 dBm

-135 dBm

TS-590S

-137dBm

-134 dBm

Flex-1500

-136 dBm

-133 dBm

Flex-5000

-135 dBm

-132 dBm

Ten-Tec Orion

-135 dBm

-133 dBm

Perseus

-125 dBm

-122 dBm

Ya podéis comprobar de qué sirve la sensibilidad del receptor en HF. Normalmente para nada,  especialmente si tu estación se encuentra en zona urbana. De todos estos equipos, solamente el Perseus podría perderse algo a partir de 25 Mhz si estuviera en una zona campo aislada sin ruido, nada que no se pueda mejorar con una buena antena directiva.

¿Una antena directiva mejorar la recepción en HF?

Pues sí, puede hacerlo. Respuesta afirmativa. En principio, si disponemos de una antena directiva, la ganancia de la antena nos aumenta tanto la señal como el ruido captado, si ambos proceden de la misma dirección. Así que, aparentemente no hay ninguna mejora. Pero lo más normal es que, si el ruido procede de todas las direcciones del espacio uniformemente repartido por una buena reflexión ionosférica,  no será captado del mismo modo por una antena directiva, que tiene una ganancia apreciable en una dirección determinada, pero cuya ganancia es muy inferior en otras direcciones que no coinciden con su lóbulo principal que por un dipolo como vemos en las figuras 1 y 2. El ruido captado será  muy inferior, mientras que la señal será aumentada con la cifra de la ganancia de la directiva.

 Fig. 1a RuidoUniforme en Dipolo de media onda  Fig. 1b YagiRuidoUniforme

Fig. 1ª: Ruido uniforme en Dipolo 1/2 onda

Fig. 1b: Ruido uniforme en directiva Yagi

El resultado muy interesante es que una antena directiva con una ganancia de +5 dBd o +7 dBi (normalmente una Yagi de 3 elementos) puede llegar a disminuir el ruido captado entre 0 y 7 dB, si el ruido procede más o menos uniformemente distribuido de todas las direcciones del azimut. Eso equivale a mejorar la sensibilidad del receptor por una cifra entre 0 y 7 dB.

Veamos casos extremos típicos

El ruido procede de la misma dirección que la señal

Si todo el ruido procede exactamente de la misma dirección en que se ha abierto la propagación y de donde precisamente estamos escuchando, no mejorará la sensibilidad de recepción de nuestro equipo de HF. Aumentará igualmente el nivel de la señal como del ruido y la relación señal (ruido permanecerá constante. No obtendremos ninguna ventaja con la antena directiva. Es la situación de la Figura 2.

 Fig. 2 Yagi con ruido misma direccion

Figura 2: El ruido procede de la misma dirección que la señal

El ruido no procede de la misma dirección que la señal

Sin embargo, si el ruido no procede de la misma dirección, podemos tener varios casos:

El ruido procede uniformemente de todas las direcciones del espacio, pues la ionización es `óptima y de todas las direcciones llegan señales y ruidos. La mejora dependerá del diagrama de radiación y captación de nuestra antena directiva y mejorará la relación señal/ruido  en entre nada y un valor intermedio entre 0 y la ganancia máxima de la antena. Es el caso de la Figura 1

En este caso, podemos decir que nuestro sistema receptor ha mejorado su sensibilidad en la cifra que podría llegar hasta el valor de la ganancia de la antena (será un valor intermedio). Es como si tuviéramos un sistema más sensible entre 0 y 7 dB, pues ahora hemos reducido el ruido exterior en la misma cantidad. Podría ser que aquí consiguiéramos alguna ventaja en alguna banda con un receptor muy sensible y aprovechar su mejor sensibilidad .

El ruido procede de la dirección opuesta de la señal o llega por las puntas de la directiva

En el caso de que la mayor parte del ruido proceda de un punto opuesto a la dirección de la máxima ganancia, de la antena o llega de una dirección perpendicular  a la viga de soporte de nuestra directiva, podemos llegar a mejorar la sensibilidad  de recepción en el valor de la relación frente/espalda de la antena, una cifra que normalmente se acerca a los 20-30 dB. Casi nada. Es la situación que se muestra en la figura 3. Claro que esta es una situación muy excepcional y que se da muy pocas veces en la práctica.

 Fig. 3 Yagi con ruido por la espalda

Figura 3: El ruido procede de la espalda de la Yagi

Aquí sí que la mejor sensibilidad de receptor nos daría una ventaja excepcional, pues aquí sí que el menor ruido exterior captado habría que el mejor receptor obtuviera mucha mejor recepción que cualquier otro medianejo.

El ruido llega con ángulos de elevación elevado y, en cambio, nos está entrando una señal DX por ángulos bajos de radiación, muy por debajo de la entrada del ruido. Si nuestra antena tiene un lóbulo con un ángulo de radiación muy bajo, puede ser también que obtengamos sensibilidades muy superiores  de recepción , gracias a haber colocado nuestra antena directiva a una altura apropiada para conseguir un ángulo adecuado para el DX.

 Fig. 4 Yagi con ruido de mayor elevación

Fig. 4: Yagi con ruido procedente de ángulos superiores

¿Cómo se valora pues la calidad de un receptor de HF? ¿Cuáles son las buenas cualidades que se deben exigir?

Pues por  muchos otros parámetros que no son precisamente la sensibilidad. Principalmente son los siguientes parámetros:

– El rango dinámico de bloqueo  para resistir señales fuertes adyacentes sin bloquearse.

– El rango dinámico de intermodulación que evita la mezcla de señales fuertes  adyacentes y el punto de intercepción de 3er orden que es una variante del anterior.

El ruido de fase del oscilador local principal si es que lo lleva (Los SDR de conversión directa no llevan oscilador local que se mezcle con la señal).

El rango dinámico de bloqueo

El margen dinámico de bloqueo nos define la capacidad de un receptor para resistir la presencia de una señal fuerte interferente en las proximidades de la frecuencia que escuchamos (a 2 kHz o a 20 kHz ) sin reducir la señal de la estación que estamos .

Concretamente se define  por la diferencia de intensidad entre una señal que estamos escuchando al nivel del MDS y la intensidad de la señal interferente que hace que disminuya la recepción de la señal MDS de forma que dejemos de oírla, que desaparezca.

Los buenos receptores deben dar cifras por encima de los 100 dB de diferencia.

El rango dinámico de intermodulación de tercer orden y el punto de intercepción IP3

El margen dinámico de intermodulación de tercer orden nos define la capacidad de un receptor para resistir la mezcla de dos señales fuertes interferentes, alejadas de nuestra frecuencia de recepción en 2kHz o 20 kHz y separadas por estas distancias entre sí,  de modo que no generen productos espurios en la frecuencia que deseamos escuchar.

En el fondo esta es una medida de la linealidad de la amplificación del receptor, pues, igual que en los amplificadores lineales de potencia, un receptor debe generar las menos espurias internas posibles por intermodulación y siempre debe ser mucho más lineal que un amplificador de potencia.

Concretamente se mide por la diferencia de intensidad entre dos señales iguales, separadas por 2 kHz o por 20 kHz, las cuales, por mezcla entre ellas, generan una tercera señal espuria (un producto de tercer orden: 2f2 –f1 o 2f1 – f2) que empieza a superar el valor MDS.

Se consideran buenos valores de rango dinámico de intermodulación los que superan como mínimo los 80 dB de margen dinámico de intermodulación.

El punto de Intercepción de 3er orden IP3 es un valor hipotético que se calcula por las gráficas de evolución de los productos de intermodulación de 3er. orden y es una cifra que también nos permite comparar receptores por sus prestaciones frente a la intermodulación. Se consideran  valores buenos de IP3 los que  tienen valores positivos > +0 dBm y como muy buenos los que tienen un IP3 superior a +10 dBm.

El ruido de fase de los osciladores

Debido a que la amplificación se obtiene gracias a corrientes electrónicas, estas experimentan infinidad de choques aleatorios entre sí y con los átomos por los que circulan, lo que produce un cierto ruido de fondo térmico aleatorio que está superpuesto a la señal sinusoidal generada por un oscilador, a lo que llamamos ruido de fase.

El ruido de fase todos los osciladores se añade a la señal de entrada en los receptores superheterodinos en cada uno de los mezcladores, aunque modernamente todos los receptores actuales disponen de un solo oscilador sintetizado, de forma que todas las señales generadas se derivan de un sintetizador principal. Hemos de procurar que la señal generada por este oscilador sea lo más pura posible  y que la energía del ruido de fase quede muy alejada de la energía de la oscilación fundamental.

Se considera que un buen oscilador debe generar  a 2 kHz de la frecuencia principal un ruido que esté por lo menos por debajo de -100 dB de la potencia de la oscilación principal. Modernamente se están alcanzando osciladores que tienen un ruido de hasta -140 dB por debajo de la portadora principal en equipos nuevos.

¿Cómo se mide la calidad de un receptor de VHF+? ¿Debemos buscar el receptor más sensible?

¿El receptor más sensible en VHF+ es el mejor? No, tampoco.  Desgraciadamente, las pérdidas en la línea de bajada (NL), que son considerables en VH+, se suman a la cifra de ruido del receptor (NR) haciendo que sea mucho más sordo de lo previsto, tal como nos muestra la figura 4.

 Fig. 5 Cifra de ruidoen el receptor VHF+

Fig. 5: Cifra de ruido en el receptor de VHF+

Para mejorar la sensibilidad de un receptor en VHF+ lo que debemos hacer es  colocar en la antena un buen preamplificador lo más sensible posible o, lo que es equivalente, del más bajo nivel  de ruido; es decir, que tenga un factor de ruido el más bajo posible y una línea de bajada con las menores pérdidas posibles, porque sus pérdidas irán a sumarse al Factor de ruido del receptor directamente, aunque con una desventaja compensable como ahora veremos:

 Fig. 6 Cifra de ruido con preamplificador

Fig. 6: Cifra de ruido con preamplificador

Al disponer de ganancia el preamplificador, las pérdidas y ruidos posteriores quedan divididas por el factor multiplicador de ganancia del preamplificador. Así pues, en la figura 6, el resultado de la cifra de ruido global del sistema de recepción será:

Ns = NP + (NL+NR-1)/Gp

siendo Gp la ganancia numérica del preamplificador o sea el antilog de Gp en dB/ 10.

Caso práctico en la figura 7

Si nos dicen que nuestro receptor tiene una cifra de ruido de 10 dB y nuestra línea de bajada tiene 3 dB de pérdidas (algo muy normal en un RG-8 de 30 metros en 144), nos encontraríamos con que nuestro sistema receptor  tiene ahora un ruido total (NL+NR) de 13 dB (Factor numérico 20 veces).  El ruido de la línea de bajada y el del receptor se suman directamente. Mal empezamos.

 Fig. 7 Cifra de ruido con preamplificador

Fig. 7: Cálculo del ruido total con preamplificador

Supongamos que en la práctica colocamos directamente en la antena un preamplificador que tiene una ganancia de 20 dB (Factor numérico de 100 veces) y un factor de ruido de solamente 0,5 dB (Factor numérico 1,12). El factor de ruido de nuestro sistema se calcula de la forma siguiente, teniendo en cuenta que en la fórmula Fs = Fp + (Fr-1)/Gp   se deben utilizar factores numéricos y no en decibelios:

FS = 1,12 + (20-1)/100 = 1,31 un valor numérico que equivale a 1,17 dB

Hemos pasado de un Factor de Ruido de 13 dB del receptor y la línea a solamente 1,17 dB de ruido aportado por el conjunto del sistema receptor. Casi nada. Hemos aumentado nuestra sensibilidad en 11,83 dB.

Como veis, todo el mérito es del preamplificador y la cifra de ruido del receptor influye de una forma insignificante al estar dividida por 100 (20 dB) de la ganancia del preamplificador.

La intermodulación es importante también en VHF+

Las señales fuertes de FM en VHF y UHF hacen mucho daño también a los receptores más sensibles de VHF+, porque generan productos de intermodulación y bloquean los amplificadores muy fácilmente, pues su intensidad  es considerable, especialmente cuando se enfocan las antenas hacia su dirección interferente y la presencia de preamplificadores agrava el problema de su intensidad y, en consecuencia, el bloqueo e intermodulación.

Necesitamos tener en cuenta cuidadosamente las prestaciones de intermodulación de los equipos de VHF+ si los queremos dedicar a la recepción de señales débiles, pues las de los receptores comerciales que hay en el mercado no son nada buenas, al intentar hacerlos muy sensibles por sí mismos, para hacerlos más comerciales.

Los operadores serios de VHF+ recurren al uso de transverters o transversores que convierten las señales de VHF+ a una frecuencia de HF (normalmente 28 MHz), colocados delante de buenos equipos de HF, con buenas cifras de bloqueo e intermodulación, para obtener de esta forma mucho mejores prestaciones las que proporcionan la mayoría de equipos de VHF+ del mercado.

Conclusiones:

La sensibilidad es una de las cualidades de un receptor que menos importa a la hora de elegirlo, sino que debemos fijarnos  mucho más en las prestaciones  de intermodulación y de bloqueo del equipo y, cómo no, en las prestaciones del ruido de fase y estabilidad del oscilador principal.  No nos dejemos deslumbrar por falsos espejismos de una gran sensibilidad.

Ya ha quedado demostrado que en HF la capacidad de recibir estaciones débiles queda mucho más definida por la antena que por el receptor. Y en VHF+, queda mucho más definida por las prestaciones del preamplificador que por las del receptor, sin olvidar que la ganancia de la antena tiene una importancia muy elevada también.

Ahora os tendría que quedar muy claro en qué elemento hay que gastar más dinero, ¿verdad? Siempre me ha maravillado que nunca haya conseguido convencer a los recién llegados a la radioafición de que es mejor gastarse el dinero en una buena antena que un buen equipo, pues siempre hacen lo contrario. Pero no nos desanimemos. Tal vez después de leer este artículo, algún novato se decida a hacer lo correcto ya de entrada. Me conformo con uno.

73 Luis A. del Molino EA3OG

 

TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 5: Un trozo de cable como hilo largo necesita un balun 9:1?

En el Test sobre tus conocimientos prácticos sobre la radioafición, preguntábamos qué había de cierto sobre cierta idea muy difundida entre la radioafición sobre los hilos largos, y una de las que más a menudo se comentan en las bandas es la que discutimos en el presente artículo:

La pregunta que planteábamos allí era en realidad una afirmación: Cualquier  trozo de cable sirve como una antena de hilo largo y se le debe colocar siempre un balun 9:1. ¿Verdadero o falso?

La respuesta que dábamos allí era que esta afirmación es en un 90% de las veces falsa. Cualquier trozo de cable no es un hilo largo. Para que un hilo conductor pueda ser considerado  como una antena de hilo largo, debe tener por lo menos 2 longitudes de onda a la frecuencia más baja de operación. Eso significa que un hilo largo para 3,5 MHz debería tener por lo menos 160 metros de longitud y, para los 7 MHz, debería tener por lo menos 80 metros de longitud. Esa longitud le da ciertas características direccionales. Y apostamos a que tu supusta antena de hilo “largo” no los tiene.

Además, por otra parte, el balun 9:1 solamente se debería colocar con un hilo  realmente largo, pues entonces se comporta como una línea de transmisión que discurre paralelamente al suelo y su impedancia se acerca a los 500-700 ohmios. Entonces y solo entonces, debemos colocarle un balun adaptador de impedancias 9:1 que multiplique por 9 la impedancia del cable coaxial de 50-75 ohmios para adaptarlo en lo posible a los 500-700 ohmios de la antena que se ha convertido en una línea de transmisión, gracias a la longitud del hilo largo paralelo al suelo.

Figura 1 - HiloLargoConBalun9-1

Fig. 1 Una antena de hilo largo debe ser mayor de 2 longitudes de onda.

Evidentemente, si el hilo es más corto, como normalmente ocurre en nuestro país, en el que prácticamente casi nadie dispone de suficiente terreno para montar hilos realmente largos, no debemos colocarle jamás un balun 9:1 porque complicaríamos y haríamos mucho más difícil el ajuste del acoplador para convertir su impedancia en 50 ohmios.

Y no te olvides de una buena contraantena

Hemos hablado en muchos artículos anteriores de que muchas antenas verticales son solamente la mitad de la antena y que nos falta la otra mitad, que debe actuar como contraantena. Con las antenas de hilo largo ocurre exactamente lo mismo.

Con las antenas de un solo hilo corto, mediano o largo el problema es exactamente igual y vamos a precisar que todo lo que comentamos aquí da por supuesto que te has preocupado de cómo resolver el problema de la otra mitad de la antena. De lo contrario, habrás perdido el tiempo leyendo este artículo.

 Si no utilizamos una buena contraantena, lo que realmente estamos planteando es que la contraantena sea el sistema de tierra de protección eléctrica de la estación, lo que lleva a que la RF se pasee por todo nuestra instalación, justamente por donde no debe.

Figura 2 - HiloLargo sin contrantena

Fig. 2 Hilo corto o largo sin contraantena y tierra a través de la estación

Hilo “largo” más corto que largo

Si como sucede generalmente en la práctica el hilo largo es más bien corto porque es menor de ¼ de longitud de onda en alguna banda en que intentamos sintonizarlo, entonces su resistencia de radiación con toda seguridad será muy inferior a los 50 ohmios de la impedancia característica del cable coaxial. Y eso ocurre especialmente cuando por ejemplo utilizamos un hilo de 10 metros, que se comporta aceptablemente bien como antena de 1/4 de onda en 40 metros (si le hemos colocado  una tierra medianamente decente), cuando no podemos resistir la tentación de intentar trabajar los80 y los 160 metros sintonizándolo con el acoplador.

Figura 3 - HiloCorto con toma de tierra

Fig. 3 Impedancia de un hilo corto con tierra aceptable.

En las condiciones de por ejemplo la Fig. 3, resultaría que la impedancia del sistema radiante sería muy baja porque el supuesto hilo largo sería realmente corto y con una resistencia de radiación inferior a 10 Ω en 80  metros.  Teniendo en cuenta una buena resistencia Rt de tierra de 10 ohmios aceptablemente baja, eso nos daría un total de 20 ohmios como impedancia a acoplar.

Si ahora además le intercaláramos un balun 9:1, dividiríamos por 9 su impedancia y nos encontraríamos con  20/9 = 2,2 Ω de impedancia, lo que haría muy difícil si no imposible que consiguiéramos sintonizarla con el acoplador.

Así que el acoplador no lo puede acoplar todo

Todos sabemos que es algo complicado disponer de una antena adecuada para todas y cada una de las banda de radioaficionado, de forma que nos proporcione una carga y una ROE aceptables al transmisor. Casi todos recurrimos tarde o temprano al uso de un acoplador para conseguir que al transmisor no se encuentre con una impedancia imposible y una ROE excesivamente elevada que no pueda soportar y, en consecuencia, reduzca su potencia de salida o se desconecte mediante el circuito de autoprotección.

Una vez ya tenemos colocado un acoplador, probablemente no podremos resistir la tentación de intentar acoplar cualquier antena en otras bandas para la que no estaba diseñada y hacerla trabajar como antena multibanda. Y normalmente descubrimos que conseguimos sintonizar esta antena improvisada en alguna banda, aunque algunas se nos resisten. Eso significa que hay longitudes que se dejan acoplar y otras longitudes que no se dejan sintonizar según la banda.

Las longitudes difíciles de acoplar de los hilos cortos y largos

Serán muy difíciles de acoplar, casi imposibles, las longitudes de hilo que coincidan exactamente con múltiplos de media onda en la frecuencia de trabajo, porque resonarían presentando altísima impedancia, porque serían como dipolos resonantes alimentados por un extremo, en el que se encuentra una impedancia tan elevada alrededor de los 3000 ohmios, que está fuera del alcance del margen de sintonía de los acopladores. Eso también incluye longitudes que difieran +- 5% sobre esa media onda.

Figura 4 - HiloCorto de media onda

Fig. 4 Hilo de media onda que no se deja acoplar

Eso significa que, si por ejemplo queremos acoplar un hilo corto o largo en 10 metros, debemos evitar los múltiplos de 5 metros que sería media onda en 10 m, así como los múltiplos de 5,70 metros para intentar acoplar en la banda de los 12 metros, así como también los múltiplos de 6,70 metros que sería media onda en 15 metros, etcétera.

Podemos formar una tabla con las longitudes que no nos interesan en absoluto para un hilo corto ni largo, puesto que en una banda u otra nos pondrán problemas. Tomamos como constante de referencia para el cálculo de estas medias ondas un factor de velocidad de 0,95 que es el que recomiendan todos los autores para realizar los cálculos de antenas de hilos o cables, lo que representa una velocidad de propagación de la onda por el cable de 300 x 0,95 = 285.000 km/s. Es decir que calcularemos las longitudes de media onda prohibidas calculando los múltiplos de longitudes medias ondas 285/2 = 142,5/f para el centro de cada banda, con lo que realizamos en la tabla que se adjunta:

Banda

MHz

K longitud

Media onda

x2,00

x3,00

x4,00

x5,00

x6,00

10 m

28,5

142,5

5,00

10,00

20,00

20,00

25,00

30,00

12 m

25

142,5

5,70

11,40

17,10

22,80

28,50

34,20

15 m

21,2

142,5

6,72

13,44

20,17

26,89

33,61

40,33

17 m

18,1

142,5

7,87

89,75

23,62

31,49

39,36

47,24

20 m

14,2

142,5

10,07

20,14

30,21

40,28

50,35

60,42

30 m

10,1

142,5

14,11

28,22

42,33

56,44

70,54

84,65

40 m

7,1

142,5

20,07

40,14

60,21

80,28

100,35

120,42

80 m

3,6

142,5

39,58

79,17

118,75

158,33

197,92

237,50

160 m

1,8

142,5

79,17

158,33

237,50

316,67

395,83

475,00

 

Vemos que en esta tabla nos aparecen huecos de ciertas longitudes que no serán resonantes en casi ninguna banda y que nos permiten sintonizar las antenas con el acoplador bastante cómodamente en casi todas las bandas. Por ejemplo, hay un hueco en las longitudes comprendidas entre 8,5-9,5 metros, así como las que están entre 12-13 metros, y también entre 15-16 metros , así como entre 21-22 metros, porque se apartan suficientemente de la resonancia en media onda de varias bandas, si disponemos de hilos relativamente cortos. Más o menos deberíamos apartarnos de estas longitudes por lo menos un +-5% de la longitud resonante en media onda y sus múltiplos.

Si estamos hablando de hilos más largos, tendremos que colocar longitudes sobre los huecos entre 35-37 metros, 52-54 metros, 64-66 metros, 73-76 metros, etcétera, siempre intentando apartarnos de las resonancias en múltiplos de media onda en las bandas que queramos trabajar.

Para hilos más largos, tenemos mucho más margen y huecos, pues las posibles resonancias a frecuencias más altas, ya no tienen tanta importancia, pues entonces empiezan a comportarse más bien como hilos largos y la impedancia se encuentra siempre oscilando en los alrededores de los 400-600 ohmios comentados

Una longitud mágica: los 43 pies o 13 metros

Es posible que hayáis visto alguna vez en la revista QST que se venden unas antenas verticales, de las que afirman que se pueden acoplar en todas las bandas. Todas las que se venden como multibandas que cubren 80-10 m tienen una longitud mágica: 43 pies (x 0,3048 m/pie) = 13, 10 metros, así que debe haber una explicación razonable para que esta longitud sea escogida para verticales sintonizables en todas las bandas.

Figura 5 - Vertical de 13 metros

Fig. 5 Vertical multibanda de 13 metros de longitud. La más acoplable

¿Qué propiedad mágica tiene esta longitud?

Efectivamente es una longitud que no resuena en ½  onda presentando una alta impedancia en ninguna banda de aficionados actual y no se resiste demasiado a que un buen acoplador pueda conseguir añadirle la inductancia y capacidad que la llevan a resonancia sin problemas en cualquier banda. Y todo eso, además, con unas dimensiones todavía manejables para una antena vertical.

Aunque precisamente por ser una antena vertical ajustada a ¼ de onda, tiene el inconveniente de que solamente disponemos de media antena y recordemos que la tenemos que complementar instalándola en un suelo y con un buen sistema de toma de tierra (si es buena conductora) o con radiales enterrados aperiódicos (recordemos que se recomiendan 16 por lo menos) o elevados (recordemos que hacen falta 4 por banda de ¼ de onda). Ver revista CQ nº 333 de Setiembre de 2012 página XX.

Una antena inédita multibanda: la V invertida de 2 x 13 metros

Si ahora yo tuviera que montarme ahora una antena multibanda, la solución que adoptaría sería  colocar un acoplador remoto automático en la punta de un mástil de 3 x 3 = 9 metros  o en la punta de una torreta para una directiva y descolgar de allí dos ramas en V invertida de 13 metros, con una longitud de cable total de 26 metros. Sería fácilmente sintonizable por el acoplador en todas las bandas y dispondría de un dipolo resonante multibanda a una buena altura.

Figura 6 - V invertida de 2 x 13 metros

Fig. 6 Antena con acoplador remoto en V invertida de 2 x 13 metros.

El acoplador remoto , colocado en lo alto de un mástil, tiene el inconveniente de que debe recibir tanto el cable coaxial como el de alimentación, aunque algunos acopladores remotos pueden alimentarse también por el interior del propio cable coaxial, con separadores de la tensión continua de 12 V. De esta forma, eliminamos una mayor complejidad de la instalación y ahorramos en cable de alimentación, aunque los cable de alimentación de tres hilos de corriente para exteriores son bastante más baratos que un cable coaxial y no encarecen demasiado la instalación.

Únicamente tenemos que tomar la precaución de asegurarnos con un algún anillos de ferrita (Balun de corriente) de que no circula RF por el cable de alimentación, cosa que deberíamos colocar siempre también en los cables de control de los rotores que mueven antenas directivas para HF. También es aconsejable colocar un UN-UN con anillos de ferrita intercalado en algún punto del cable coaxial para impedir que se pasee la RF por el interior de la estación. Tanto da que lo coloquemos arriba junto al acoplador (Tuner) remoto como abajo junto al transceptor.

Balun necesario ¿sí o no?

Otra questión importante es si debemos o no colocar un balun después del acoplador. Ya hemos dicho que si el hilo es corto, no debemos utilizar nunca un balun 9:1 que nos reduzca la impedancia de la antena, sino que el balun debe ser 1:1 y, en cualquier caso, siempre es aconsejable colocar algún tipo de balun o un-un para que la RF no se propague de algún modo hacia otras tomas de tierra de protección eléctrica de la estación. Este balun puede ser tanto un balun de tensión de tres devanados después de acoplador con relación de transformación >1, o bien un balun un-un de ferritas colocadas en el coaxial, antes del acoplador, pues su misión, en el caso de hilos cortos, es simplemente impedir que la RF se desvié hacia las tomas de tierras de protección eléctrica de la estación.

Figura 7 - HiloLargoConBalun9-1o 4-1 0 1-1

Fig. 7 Antena con balun después del acoplador  9:1, 4:1 o 1:1 según longitud.

En el caso del balun UN-UN de anillos de ferrita, es mejor colocarlo entre el equipo o lineal amplificador y el acoplador de antena, pues así dejamos que el acoplador haga su función de acoplar sin interferir y, al mismo tiempo, el UN-UN impida las corrientes de tierra por las masas comunes eléctricas del transceptor y lineal.

Figura 8 - Hilo corto con Balun o un-un

Fig. 8 Antena con UN-UN y acoplador recomendado para hilos cortos.

Balun simétrico de tensión o un simple un-un de corriente

En el caso de que pongamos el balun después del acoplador, lo normal es utilizar un balun de tensión con tres devanados que aumente la impedancia en consonancia con la longitud del hilo. Si es más bien corto, no debemos sobrepasar la relación 1:1, porque las impedancias estarán por debajo de los 50 ohmios. Si es mediano, de forma que alcanza o supera alguna longitud de onda, debemos aumentar la relación a 4:1 para acércanos a una impedancia media de 200 ohmios y, si es largo, mayor de 2 longitudes de onda en la banda más baja, será entonces cuando deberemos utilizar el balun 9:1, pues la impedancia en la mayoría de frecuencias más elevadas se acercará a los 500-600 ohmios.

Aquí no hace falta en absoluto que el balun sea simetrizador, porque no estamos atacando antenas simétricas con líneas paralelas en las que la simetría es importante, sino que aquí estamos siempre hablando de sistemas asimétricos con monopolos radiantes y contraantenas de algún tipo.

Los hilos largos de verdad: la bidireccionalidad

Los hilos largos de verdad muestran un diagrama de radiación en forma de alas de libélula que se acercan mucho al eje marcado por la dirección del hilo. Contra más largo sea el hilo, más estrechos y próximos al hilo serán los lóbulos de radiación.

Figura 9 - Diagrama de radiación de antena de hilo largoJPG

Fig. 9 Lóbulos de radiación de una antena de hilo largo bidireccional.

Puesto que al final del hilo no hay nada, se produce una reflexión de la onda directa hacia atrás y existe una onda reflejada prácticamente de casi la misma magnitud de salida, lo que da lugar a una bidireccionalidad de la antena de hilo realmente largo.

Si queremos eliminar esta onda reflejada, deberemos colocar una resistencia de carga a tierra que absorba la energía no radiada. Entonces obtenemos una antena inventada por Beverage.

Las antenas Beverage sí que son unidireccionales

Las antenas Beverage con resistencia de carga al final del hilo largo, tienen el retorno normalmente por tierra, lo que se consigue conectando una resistencia de carga a tierra por medio de picas como tomas de tierra, aparte de la que obligatoriamente tendremos en el punto central.  Esta resistencia de tierra debe ser de una impedancia entre 200 y 600 ohmios para absorber la potencia no radiada por el camino hasta llegar a la resistencia. Es muy fácil que sólo se radie un 30-50 % de la energía transmitida y que la resistencia de carga tenga que ser capaz de disipar 50-70% de la potencia del emisor.

Figura 10 - Diagrama de radiación de antena Beverage

Fig. 10 Lóbulos de radiación de una antena Beverage unidireccional.

uesto que se pierde mucha energía en estas resistencias, lo normal es que el que trabaja con antenas Beverage, las utilice solamente en recepción (por ejemplo 8 antenas en 8 direcciones del espacio, a cada 45º de la rosa de los vientos) y , para la transmisión,  utilice por ejemplo una antena vertical en el mismo centro del sistema de antenas Beverage.

Figura 11 - Antenas Beverage conmutables en 8 direcciones

Fig. 11 Ocho antenas Beverage conmutadas en 8 direcciones.

De esta forma, se dispone de una recepción muy selectiva, que se consigue por medio de un conmutado remoto para poder cambiar rápidamente la dirección de recepción a voluntad. El problema a resolver consiste en realizar un buen conmutador de antenas, fácil de manejar, para seleccionar una de las 8 antenas Beverage directivas como las que se  comentan en el párrafo anterior. Nada que se no pueda resolver hábilmente con los medios de que disponemos hoy en día.

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TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 3: Una tierra común para la RF es indispensable?

TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN-3:  LA TOMA DE TIERRA COMÚN DE RF

La radioafición está llena de tópicos que circulan como si fueran auténticas verdades y que no están basados en ninguna realidad científica ni experimental. En este artículo intentamos desmontar una de las más difundidas, incluso por mismos los fabricantes de acopladores y transceptores, que recomiendan unir todos los equipos una toma de tierra común, para evitar la circulación de RF, justamente lo contrario de lo que se debe hacer.

 En el Test sobre tus conocimientos prácticos sobre la radioafición, planteábamos cuál era la respuesta correcta a la pregunta:  “Una buena toma de tierra de RF en la estación elimina la RF en el micro y en la estación”. ¿Verdadero o falso?

La respuesta que dábamos como correcta en el test sobre tus conocimientos es que esta afirmación es totalmente falsa.  Las tomas de tierra en el interior de la estación deben ser exclusivamente para protección eléctrica y debemos evitar en todo lo posible que circule RF por ellas.

Si tenemos RF en el micro, no debe intentar realizarse la cura con una puesta a tierra de RF, porque lo peor que nos puede ocurrir es que una toma de tierra de RF común en la estación funcione realmente como toma de tierra de RF y conduzca la radiofrecuencia y la derive hacia tierra. Entonces, como todo conductor que conduce RF, ese cable actúa realmente como una antena y radia energía en el interior del shack, en nuestra estación como puede verse en la figura 1, con los consiguientes problemas de que todo se llena de RF, desde el micro hasta el manipulador electrónico.

 

Figura 1: Dipolo sin balun y toma de tierra interior

 

Así que la prudencia aconseja que debemos impedir por todos los medios posibles que la RF circule por cualquier toma de tierra de protección eléctrica en el interior de la estación y eso significa evitar en todo lo posible las tomas de tierra comunes para RF en la estación.

Sin embargo, es fundamental la toma de protección eléctrica

¿Es posible que todos nuestros equipos no estén al mismo potencial eléctrico si están enchufados a la misma red eléctrica? Desgraciadamente sí.

Modernamente, por fortuna, es difícil que todos los equipos no estén al mismo potencial eléctrico, porque cualquier equipo o dispositivo eléctrico de cierta potencia debe llevar instalado un tercer hilo en la clavija y en el cable de alimentación, normalmente un cable recubierto con un aislante de color amarillo con franjas verdes, que debe quedar conectado a una tierra común de protección de la instalación eléctrica actual, tierra común que actualmente se exige que se encuentre en todos las bases de enchufes modernos. Pero hay muchas excepciones.

Desgraciadamente no todas las bases de enchufes del domicilio son modernas ni todos los equipos llevan el tercer hilo en la clavija del enchufe ni en el cable de alimentación. Si no lo llevan, puede darse muy bien que dos dispositivos electrónicos se encuentren a distinto potencial eléctrico y experimentemos una descarga al manejarlos con las dos manos.

Es muy frecuente encontrarse con televisores cuyo potencial de masa común (chasis) es distinto del de la tierra de la toma de antena y experimentemos una descarga al intentar conectar el cable coaxial de antena, por poner un ejemplo con el que yo me he encontrado (y picado) muchas veces.

La fuente de alimentación de algunos equipos enchufados a 220 V sin tercer hilo es muy probable que lleve condensadores de desacoplo de RF que no son exactamente iguales. Esto hace que el chasis de estos equipos puedan quedar a potenciales diferentes. Por ejemplo, puede ocurrir que uno de ellos tenga un potencial intermedio equivalente a 110 V AC (220/2) y que otro quede a un potencial intermedio de 175 V o 45 V (220-175), según la posición de la clavija, con lo que aparece una diferencia de potencial entre ambos equipos de 65 V. Y esta tensión pica, aunque no peligrosamente, pues la descarga se produce a través de condensadores con una reactancia suficientemente elevada. Pero es suficientemente  molesta.

La distribución más normal de corriente alterna se basa en 3 fases de con diferencia de 380 V entre ellas. pero con una tensión al conductor neutro de 220 V entre fase y neutro. Se distribuye a cada apartamento con un solo cable vivo y un solo cable de retorno, aparte de un cable de tierra independiente que no lleva corriente, pero que se utiliza como cable de protección eléctrica. Realmente sólo pica uno de los dos cables, pero con la tensión alterna de 220 V, que es  muy peligrosa (Figura2).

 

Figura 2: Redes de distribución eléctrica de baja tensión

 

Pero también podemos encontrarnos con instalaciones más antiguas con 220 V entre las 3 fases y solamente 125 V entre fase y neutro. Para proporcionar modernamente 200 VAC en estas instalaciones, se distribuye a los domicilios actuales con dos fases vivas que pueden dar descargas de 125 V al despistado que toque uno cualquiera de los dos cables. Y los 125 V son también muy peligrosos. Cualquier tensión alterna superior a los 50 V es realmente peligrosa.

 La protección del interruptor diferencial o IPC

Para protegernos de las descargas peligrosas (mayores de 30 mA) deben instalarse también obligatoriamente un tipo de relés diferenciales, que saltan cuando hay una corriente desigual en los dos hilos del relevador. Esta diferencia de corrientes se produce cuando aparece una corriente de fuga que circula fuera del circuito formado por los dos hilos, es decir, circula solamente por una de ellos hacia un tierra  en lugar de retornar por el otro cable.

 

Figura 3: Esquema de un IPC o protector diferencial

 

Supongamos que tocamos una lavadora que ha tenido un problema de aislamiento y se produce una fuga que pone el chasis en tensión y  en ese momento la tocamos con las manos mojadas. La lavadora puede que no haya disparado hasta ahora el diferencial, porque los tacos de goma anti-vibración la mantenían aislada del suelo, por lo que nosotros, al tocarla, le proporcionamos un circuito de retorno a la tensión del chasis metálico a masa. Si no existiera el protector diferencial que desconecta al detectar una corriente que no pasa por los dos conductores, sino solamente por uno de ellos a través de nuestro cuerpo, podríamos morir electrocutados.

Así que no lo olvidéis. El perfecto funcionamiento del interruptor diferencial es fundamental para nuestra protección. Debemos comprobar que funciona correctamente pulsando un botoncito de prueba situado en el exterior junto al interruptor. El protector diferencial debe saltar inmediatamente y desconectar la corriente eléctrica.

¿Por qué es necesario que nuestros equipos estén todos al mismo potencial?

Para evitar que suframos descargas al conectar y desconectar un elemento de la estación de otro elemento diferente. Lo más normal es que cualquier dispositivo que utilicemos, sea un acoplador o un medidor de ROE o un manipulador electrónico, o un filtro de audio, lleve su propia alimentación incorporada y su chasis quede a diferente potencial unos de otros, si no van equipados con el tercer hilo. Debemos prestar especial atención a los equipos con clavija de solamente dos polos sin contacto lateral de masa, pues es evidente que adolecen de este problema. Debemos unirlos de algún modo, pero procurando siempre que no circule la RF por estos cables de tierra común eléctrica (Figura 3).

Figura 4: Puesta a tierra común de los equipos.jpg

 

¿Cómo podemos impedir que la RF se pasee por nuestra estación?

El elemento esencial para conseguir que la RF no circule por el interior de nuestra estación, no es ni más ni menos que la colocación del balun (de Balance/Unbalance) más adecuado en la antena para evitar que circulen corrientes de RF independientes por el exterior de la malla del cable coaxial.

Como hemos visto en un artículo anterior (Revista CQ 331 de Junio de 2012), si no se coloca  un bálun en el punto donde se conecta un cable coaxial asimétrico, se puede producir corrientes asimétricas que circulan por el exterior del cable y que no solo radian RF como si formaran parte de la antena, sino que la conducen al interior de la estación, buscando un camino para llegar a tierra, camino que pasa por los cables de protección eléctrica.

 

Figura 5: Dipolo con balun

 

¿Qué tipo de balun se recomienda en el centro de un dipolo?

En general, es más recomendable el balun de tensión con tres devanados de la Figura 5, que el simple balun de arrollamiento o con anillos de ferrita, llamados vulgarmente balunes de corriente, aunque en algunas antenas se puede utilizar este último sin problemas.

Digo que es preferible el balun de tensión porque por una parte une en cierto modo conductivamente el vivo y la malla para corrientes continuas, con lo que elimina cualquier posibilidad de que se cargue de estática el hilo central del cable coaxial.  Le concede un camino de descarga para la electricidad estática.  Por otra parte, dicen muchos expertos que esa unión impide en cierto modo que el hilo central del coaxial y la rama de la antena a la que va conectada se comporten como una antena vertical que capta ruidos eléctricos de campo eléctrico vertical de las proximidades y hace que la antena sea menos ruidosa.

Sin embargo, muchas Yagis y antenas directivas horizontales ya llevan algún tipo de unión entre el vivo y la malla, realizado por medio de adaptaciones simétricas de tipo betamax, o por medio de líneas de ¼ de onda entre el vivo y la malla de la antena (antenas de VHF y superiores) colocados en la viga de soporte (boom). En ese caso, los balunes Unun ( de Unbalance/Unbalance) de anillos de ferrita (de material adecuado a la frecuencia de la antena) son perfectamente aconsejables para evitar las corrientes de malla que pudieran modificar el lóbulo de la antena.

 

Figura 6: Balun de tensión

Figura 7: Unun de ferritas

 

No olvidemos que algunas antenas de VHF llevan balunes de ¼ de onda de tipo bazooka que impide las corrientes por la malla de coaxial. En ese caso, hay que comprobar si hay circuito entre el vivo y la malla para evitar problemas de acumulación de estática.

¿Es suficiente este balun de tensión para evitar corrientes de malla?

A veces no es suficiente y no basta con colocar este balun o choque en la antena para impedir la circulación de RF por el exterior del cable, porque da la casualidad de que la bajada tiene una longitud resonante en ½ onda y la malla del coaxial se comporta como una antena receptora, captando directamente la radiofrecuencia radiada por la antena. Para resolver este segundo problema, lo mejor es colocar otro balun de corriente Unun  (de Unbalanced/Unbalanced)  inmediatamente en la estación, junto a la salida del transmisor o del acoplador de antena.

Un balun de corriente Unun (Figuras 7 y 8) consiste en un choque de RF realizado con anillos de ferrita colocados por el exterior de un trozo de cable coaxial que pasa por su interior y que impide su circulación por el exterior de la malla. De esta forma, obligamos a que toda la RF circule únicamente por el interior del cable coaxial de salida. Recordemos que la corriente del vivo del cable coaxial y del interior de la malla son siempre iguales y opuestas y su radiación se cancela en cualquier caso.

La colocación de una toma de tierra en lugar de este choque UNUN en el interior de la estación podría hacer que la RF captada por radiación por la bajada de coaxial circulara por ese cable de toma de tierra, que entonces llenaría de RF captada en el interior de la estación, produciendo todo tipo de interferencias en otros dispositivos.

 

 

Figura 8: Dipolo con balun y con unun en la estación

 

¿Pueden dar problemas otros cables?

Es muy posible que en la estación entren otros cables, como por ejemplo los destinados al control de rotores o a la alimentación de preamplificadores. Estos cables son también susceptibles de captar RF y entrarla en la estación, por lo que es muy posible que modernamente debamos tomas precauciones especiales con ellos.

Este problema no se presentaba anteriormente cuando los mandos de los rotores eran electromecánicos, basados en contactos y relés, pero cuando modernamente se basan en electrónica más sofisticada, con conexiones y cables USB para poderlos que permiten su manejo mediante programas de seguimiento de satélites o de la posición de la Luna, el tema empieza a ser preocupante. La conexión USB es muy sensible a la RF, como han podido comprobar todos los que utilizan equipos SDR. Nada que no se pueda resolver colocando ferritas ad hoc  que envuelvan los cables de control de rotores y alimentación.

¿Pueden dar problemas de RF las verticales?

Si la vertical es una Ground Plane con radiales elevados (Figura 9), puede dar exactamente los mismos problemas que  un dipolo, por lo que es imprescindible utilizar un balun, preferiblemente de tensión, en el punto de conexión  con la antena. De lo contrario, nos arriesgamos a tener Rf en la estación.

 

Figura 9: Vertical GP sin balun

Figura 10: Vertical GP con balun

¿En qué tipo de antenas es necesaria una auténtica toma de tierra de RF?

Evidentemente en todas las que pretendemos utilizar la tierra como contraantena, es decir las que solamente disponen de la mitad del radiante en comparación con un dipolo o antena simétrica, es decir, verticales , hilos cortos e hilos largos.

 

Figura 11: Vertical con tierra natural

Figura 12: Vertical con tierra y balun

 

De todos modos, aunque no sea imprescindible, en cualquier antena vertical con tierra natural (figura 11)  es siempre recomendable la colocación de un balun de tensión para asegurarse de que hay un circuito de descarga de estática a tierra por el devanado central del balun de tensión de tres hilos (figura 12). Claro que eso podría también conseguirse por un método más barato de colocar una resistencia de carbón de 1 Megohmio entre el vivo y la masa, que no absorbería potencia RF y apenas se calentaría, pero  nos descargaría la electricidad estática, pero la pregunta es ¿dónde la colocaríamos?

   

Figura 12: Antena de hilo corto

Figura 13: Antena de hilo largo

 

Si la antena es de hilo corto (< 1 L) como la de la figura 12, por favor, no le pongáis un balun de 9:1 porque la impedancia de la antena es menor de 50 ohmios. Aquí pensamos que un hilo largo es algo que tiene poco más de un cuarto de longitud de onda y eso no es así. Una antena de hilo largo (Figura 13), para que tenga una impedancia que se acerque a los 600 ohmios de una línea de transmisión de un hilo con tierra, necesita tener una longitud de más de 2 L para que su impedancia sea suficientemente elevada para acercarse por lo menos a los 400 ohmios y aaptarse con un balun 9:1. Una auténtica antena de hilo largo con varias longitudes de onda alcanzaría una impedancia de 600 ohmios, la impedancia de una línea de transmisión formada por un hilo horizontal y la tierra.

¿Cómo deben ser las auténticas tomas de tierra de RF?

La mayoría de radioaficionados considera que una pica de 2,5 metros  clavada en tierra es suficiente para realizar una buena toma de tierra de RF. Sin embargo, la práctica nos demuestra que la resistencia de una pica clavada en tierra se encuentra sobre los 20-40 ohmios en un suelo de conductividad media. Esa resistencia es excesivamente elevada para nuestros propósitos.

En efecto, si tenemos en cuenta que la resistencia de tierra queda en serie con la resistencia de radiación de una antena de por ejemplo de ¼ de longitud de onda (37,5 ohmios), nos encontramos con que el rendimiento de la antena sería como máximo del 50% y eso ya son 3 dB de pérdidas en la potencia radiada por la antena.

La conclusión es que deberíamos reducir esta resistencia clavando por lo menos 4 picas (Figura 14)en los vértices de un cuadrado con una separación de por lo menos un metro de lado. De esta forma, conseguiremos reducir la resistencia de tierra a unos valores de entre 5 y 10 ohmios, con lo que aumentamos el rendimiento de la antena hasta un 75-90%, un valor muy aceptable, pues representa solamente unas pérdidas de décimas de decibelio.

 

Figura 14: Toma de tierra efectiva con 4 picas

 

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TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN 2: Si la ROE es elevada, la línea radia interferencias?

TÓPICOS DE LA RADIOAFICIÓN-2: Si la ROE es elevada, la línea radia interferencias

Otro de los tópicos que está presente en la mente de muchos radioaficionados novatos es que la presencia de ondas estacionarias en la línea de transmisión, es decir, una ROE elevada a la salida del transmisor es una fuente de radiación de interferencias y espurias. Y están convencidos de que las interferencias mejorarán si la  antena se adapta de una forma óptima hasta conseguir el soñado 1:1 en el medidor de ROE. Aquí explicamos claramente  por qué la ROE normalmente no tiene la culpa de la radiación de interferencias, sino la falta de simetrizadores.

Si la ROE en la línea de transmisión es elevada, la línea puede radiar más interferencias. ¿Verdadero o falso?

Así lo preguntábamos en el Test sobre tus conocimientos prácticos sobre la radioafición. Preguntábamos si es cierto o falso que las ondas estacionarias presentes en una línea de transmisión hacen que radie más interferencias por culpa de esa ROE elevada y, por tanto, en caso de problemas de interferencias de RF, debemos dedicar todos los esfuerzos posibles a exterminar esa plaga de la ROE como sea.

La respuesta correcta a esa afirmación es que es totalmente FALSA y vamos a exponer aquí las razones que justifican esta respuesta, y que podemos dividir en tres argumentos principales:

Corrientes en modo común

En primer lugar, porque  la radiación que pueda proceder de una línea de transmisión no se debe a la presencia de ondas estacionarias en la línea de transmisión, sino a problemas de corrientes de RF en modo común que circulan por el cable coaxial, concretamente por la parte exterior de la malla de la línea coaxial.  Una antena de cualquier tipo  bien instalada no debe tener problemas de radiación desde la línea coaxial, tenga o no ondas estacionarias.

Si una línea de transmisión radia energía no deseada, veremos con más  detalle a continuación  que eso siempre es por nuestra culpa. Siempre sucede porque no hemos tomado las precauciones más elementales en la instalación de una antena, sea horizontal o vertical, concretamente para evitar que circulen corrientes en modo común (en un solo sentido del cable coaxial), es decir, por el exterior de la malla.

Si tomamos las precauciones que luego veremos con todo detalle, no debemos preocuparnos  de que una línea de transmisión, sea del tipo que sea, radie energía, porque no radiará nada. Toda la energía emitida llegará a la antena, hayan o no ondas estacionarias, y saldrá radiada por la antena.

Por supuesto que la potencia reflejada por una desadaptación de la antena a la impedancia característica de la línea, si no utilizamos un acoplador, es muy posible que, al llegar devuelta rebotada, se disipe en el transmisor y radiemos algo menos de potencia real en la antena, pero podemos conseguir fácilmente que no sea radiada por la línea de transmisión como veremos posteriormente.

Linealidad de los amplificadores

En segundo lugar, porque las interferencias generadas siempre se deben a la falta de linealidad de los amplificadores lineales (o no tan lineales), o bien, se deben a otras espurias generadas en los osciladores del transmisor. Lo que sí es cierto es que, si hay una gran desadaptación de la antena con la línea, esto puede que afecte al transmisor, especialmente si el paso final es transistorizado y éste se encuentra con una carga no adecuada. Entonces y sólo entonces, es muy posible que se degrade ligeramente la linealidad del amplificador final y esto hace posible que aumenten  la generación de armónicos en ese amplificador.

Si el amplificador lineal es un amplificador a válvulas y realizamos bien la sintonía y adaptación del paso final (normalmente equipado con un circuito PI de acoplamiento), no debemos preocuparnos por la presencia de ondas estacionarias en la línea ni por la linealidad del amplificador, pues siempre tendrá la carga adecuada, una vez bien sintonizado.

Por otra parte, siempre la falta de linealidad del amplificador final es la que ocasiona la generación de más armónicos y el aumento los productos de intermodulación dentro en la banda pasante de la emisión. Cuando  hay una mala linealidad en el amplificador final, aparte de generarse más  armónicos, se produce otro problema: esto hace que se mezclen los componentes de la voz en una banda lateral (sea la superior o la inferior) emitidos al modular y el resultado es que una vez demodulada la voz en un receptor, esta se nota menos nítida y se vuelve más áspera o más rasposa.  Esto se debe a que se mezclan entre sí las propias señales de la banda lateral y se generan productos de intermodulación entre ellas, dando como resultado frecuencias que no deberían estar presentes  dentro de esa banda lateral.

Generación de espurias

En tercer lugar, las espurias que genere un emisor son emisiones que no se encuentran dentro de la banda pasante de la modulación, y se deben generalmente a la falta de pureza del sintetizador principal PLL y al ruido de fase del oscilador. Para mejorar la estabilidad, se procura que el oscilador principal sintetizado funcione a una frecuencia relativamente baja, lo cual nos obliga a añadir conversores elevadores de frecuencia para obtener la frecuencia final adecuada en cada banda.

En cualquier caso, el sintetizador es muy difícil que genere señales sinusoidales puras y las espurias generadas se agravan en los mezcladores posteriores, encargados de elevar la frecuencia de la señal  del oscilador hasta alcanzar la banda de transmisión deseada.  Estas frecuencias espurias, al pasar por mezcladores sucesivos, dan lugar a la generación de nuevos productos de intermodulación entre ellas que aumentan en cada conversión.

Como veis, las espurias generalmente no tienen que ver nada con la linealidad del amplificador, ni con la adaptación de la antena  con la línea de transmisión. Se han generado mucho antes.

El ruido de fase del oscilador principal

Por otra parte, lo mismo pasa con el ruido de fase del oscilador. Este ruido se genera por culpa de pequeñas irregularidades de las corrientes electrónicas en los osciladores y es un subproducto que siempre se intenta reducir al mínimo con mayor o menor éxito. Así pues, debe mantenerse a la mayor distancia posible en decibelios del pico de la frecuencia fundamental del oscilador desde que se inicia su generación. Pero, desgraciadamente, el ruido también aumenta al pasar por cada uno de los mezcladores de conversión, los mezcladores elevadores de frecuencia para cada banda, pues el ruido, en cuanto nos referimos al espectro frecuencial del mismo, está desperdigado por las frecuencias de los alrededores de la frecuencia fundamental emitida, y esas frecuencias vecinas también se mezclan entre sí y dan lugar a un ruido adicional que se suma al ruido de fase original al pasar por los mezcladores.

Lo importante es que no radie la línea

Pero como decíamos anteriormente, se generen o no espurias, la cuestión es que debemos conseguir que la bajada o línea de transmisión no radie, es decir, que no se comporte como una antena, sino como lo que debe ser: un transportador de RF que no radie absolutamente nada, sino que traslade toda la energía generada a la antena, de modo que se radie allí y se convierta en ondas electromagnéticas .

Pero ahora veamos cómo es posible que una línea de transmisión radie por ella misma y no cumpla bien esta misión transportadora.

¿Por qué puede radiar una línea de transmisión coaxial?

Veamos dos figuras claves a continuación. Un transmisor que alimenta un dipolo con una línea paralela (Figura 1) y otro que lo alimenta con una línea coaxial ( Figura 2).

   

Figura 1 – Dipolo con cable paralelo

Figura 2 – Dipolo con cable coaxial directo

En la línea de transmisión paralela que alimenta un dipolo simétrico (Figura 1), las dos corrientes que circulan por los dos cables paralelos son exactamente iguales y opuestas, por lo que los campos eléctricos y magnéticos generados a una cierta distancia, pongamos  por ejemplo a una distancia suficientemente alejada, como por ejemplo 10 veces la separación de la línea, ya son prácticamente iguales y opuestos. Si los campos eléctricos y magnéticos generados de los dos cables se anulan entre sí, la radiación electromagnética radiada es prácticamente nula. Conclusión: la línea de cables paralelos de una antena simétrica está garantizado que no radia nada.

En la línea de transmisión coaxial que alimenta un dipolo simétrico (Figura 2), todo esto no ocurre de una manera tan simétrica y tan bonita: la asimetría del cable coaxial nos produce problemas  inesperados. El cable coaxial se puede comportar como una línea de tres conductores en lugar de dos (Figura 3 y 3 bis):

   

Figura 3 – Dipolo con cable coaxial directo = 3 conductores.

Figura 3 bis –Detalle del cable coaxial con 3 corrientes.

 

Los tres conductores son:

1- El vivo del coaxial

2- El interior de la malla

3- El exterior de la malla

Ahora tenemos un problema: El exterior de la malla, conectada directamente a una rama del dipolo, se puede comportar  como una antena  resonante independiente con una  longitud L/4 + h (Fig. 4).  Las corrientes en el vivo y el interior de la malla pueden ser iguales y opuestas y no radiar absolutamente nada, pero el exterior de la malla puede hacer la guerra por su cuenta y resonar en la misma frecuencia aproximada o en otras frecuencias, e introducir corrientes en el medidor de ROE  y mostrarnos lecturas totalmente distintas de las que hay realmente en el interior de la línea.

 

Figura 4 – Dipolo con cable coaxial directo

La suma de longitudes puede resonar como un múltiplo impar de cuartos de onda y modificarnos la curva de resonancia de la antena para comportarse como una antena vertical independiente  (máxima corriente abajo)o resonar en un múltiplo de media onda y llenarnos de radiofrecuencia el interior de la estación (máximo de tensión abajo). ¡Qué desastre! El fenómeno se pone en evidencia cuando, al alargar o acortar la línea con un latiguillo, la ROE indicada  por el medidor cambia también. Podemos volvernos locos intentando ajustar la antena a resonancia, cuando lo que la desvía de su resonancia es la longitud resonante de la bajada, combinada con una rama de la antena. El cambio de la longitud afecta a la resonancia y al comportamiento de la antena. Efectivamente, tenemos un problema.

¿Por qué diablos no utilizamos entonces siempre los cables paralelos?

Si los cables coaxiales producen tal desastre, me preguntaréis, ¿cómo es posible que todo el mundo los utilice? ¿Por qué no se utilizan siempre las bajadas de cables paralelos?

Muy sencillo: porque los cables de bajada paralelos son un problema mecánico tremendo. Si se hacen con separadores en escalerilla, pueden retorcerse por el viento y cruzarse la línea, y no son fáciles de introducir dentro de la estación por las ventanas, y no pueden pasar cerca de elementos metálicos o conductores sin afectarse, no podemos doblar esquinas ni ángulos fácilmente, y…  etcétera, etcétera. Todo les afecta y pueden acabar muy mal en cualquier momento con tan solo que haga un poco de viento o cualquier otro fenómeno meteorológico.

Si se utilizan cables paralelos con cintas separadoras de algún tipo de plástico, estos cables se afectan también por la lluvia y por la nieve, y por las proximidades de elementos conductores, por lo que hay que mantenerlos separados de las paredes por lo menos 10-15 cm, y además, no se pueden introducir tampoco fácilmente en el interior de la estación sin que se afecten. Un desastre de instalación y bastante problemática.

Todas las ventajas mecánicas son del cable coaxial

En cambio, el cable coaxial bien instalado no se afecta por nada: puede curvarse, introducirse por agujeros, por tubos, por ventanas  hasta el interior de la estación, no le afectan elementos metálicos próximos, puede colocarse pegado a las paredes. Es comodísimo y fantástico de instalar. ¿No te parecen que éstas son unas cuantas razones muy importantes para intentar superar el pequeño inconveniente de la asimetría que presenta?  Y ni siquiera estos problemas que presenta son difíciles de resolver. Nada de eso.

¿Cómo podemos superar la asimetría del cable coaxial?

Pues es fácil, la solución es muy simple: impidiendo la circulación de la corriente parásita de RF externa por la malla y obligando a que todas las corrientes de RF circulen por el interior del cable y sean exactamente iguales y opuestas, de forma que su radiación se cancele en el espacio lejano.  Asunto resuelto.

En las antenas de HF, se utilizan principalmente  tres métodos para impedir las corrientes en modo común en un dipolo, aunque hay alguno más como veremos, que se utiliza más bien en VHF.

Balún de tensión:

Este es un balun consistente en tres devanados sobre un núcleo de ferrita como el que se contempla en la figura 5. Cualquier diferencia entre las corrientes que circulan por las dos ramas del dipolo crea una tensión correctora en el devanado central que tiende a compensar la diferencia de corrientes hasta hacerlas iguales y opuestas, es decir hasta anular cualquier radiación.

 

Figura 5 – Balun de tensión

 

Además este balun, cambiando la relación entre devanados, puede actuar como  un transformador de impedancias y utilizarse para adaptar un coaxial de 50 o 75 ohmios a impedancias superiores. Es decir, cambiando las relaciones entre devanados nos permite transformar un cable de 50 ohmios en una impedancia de 200 ohmios muy apropiada para Windoms (balun 4/1) o adaptar antenas de tipo hilo largo (largo de verdad) con relaciones más elevadas (9/1) y alcanzar hasta los 450 ohmios de impedancia.

Balun de espiras de cable

A partir de los 20 metros y en las bandas superiores (incluidas VHF), es muy fácil y barato evitar las corrientes de malla enrollando el cable coaxial en un forma de bobina de espiras juntas  con media docena de vueltas (Figura 6) y generando así una inductancia en el exterior del cable que es suficiente para frenar las corrientes externas, sin que el interior del cable se entere de que se ha realizado un arrollamiento.

 

Figura 6 – Balun de coaxial enrollado

 

Para las bandas de frecuencias más bajas (160, 80 y 40 m), este método no es nada  práctico porque no es fácil conseguir suficiente inductancia y, si se aumentan las espiras, aparece una capacidad entre espiras que empieza a ser excesiva para frecuencias superiores, si se pretende que sea multibanda. Se recomienda utiizar el primero o el tercer método.

Balun de anillos de ferrita sobre el cable:

Modernamente se ha puesto de moda realizar balunes (por ejemplo el MFJ-915) que consisten en numerosas ferritas en anillo colocadas a lo largo de un palmo de cable coaxial de forma que se frena el paso de la RF por el exterior del cable. Estos balunes se han popularizado, no son caros y reciben normalmente el nombre de UN/UN (de unbalanced/unbalanced). Se intercalan en el cable coaxial cerca del punto central de alimentación de la antena para evitar las corrientes por el exterior de la malla (Figura 7).

 

Figura 7 – Ferritas para frenar corrientes de RF

 

Incluso se está popularizando su colocación en el interior de la estación en el punto de salida de la RF final, por ejemplo, a la salida del transceptor y después del acoplador por los motivos de que pueden ahorrarnos también que la RF afecte el equipo, especialmente ahora que se ha puesto de moda que muchos equipos estén controlados por CAT a través de un puerto USB y la RF pueda llegar al ordenador a través de los cables de conexión. Y también nos evita la RF captada directamente por la línea de bajada como veremos a continuación.

Bazooca en el boom de la antena

Hay otros métodos que no se utilizan para antenas de cable, pero que utilizan mucho los fabricantes de antenas de VHF, como por ejemplo colocar un stub resonante de ¼ de onda que impida el paso de corrientes por el exterior de la malla. Uno de estos métodos es el llamado bazooka que consiste en hacer pasar el cable coaxial por dentro de un tubo de ¼ de longitud de onda que se conecta a la malla del cable en el extremo más alejado de la antena como se observa en la figura 8.

 

Figura 8 – Bazooka para eliminar corrientes de RF

¿De qué otra forma puede captar radiofrecuencia una línea?

A pesar  de que pongamos un balun de cualquier tipo en el punto de alimentación del dipolo, la línea de bajada o de transmisión de la antena puede captar radiofrecuencia por si misma si da la casualidad de que resuena como antena de ½ onda en cualquiera de las bandas.

En sí, este problema es difícil de evitar y los problemas que produce son muy inferiores a los que puede llegar a producir las corrientes una antena sin balun en el punto de alimentación, porque estamos hablando de otra magnitud. En el caso de las tensiones de Rf producidas por corrientes de malla por formar parte de la antena, podemos estar hablando de voltios de RF, mientras que si hablamos de RF captada por la antena podemos estar hablando de milivoltios como mucho.

Esta RF captada no era un problema que preocupara a nadie ni tenía la menor trascendencia ni siquiera cuando llegó la era de los ordenadores y comenzaron las transmisiones digitales con ordenador, mediante las conexiones RS-232 a los decodificadores de RTTY y las TNC de radiopaquete. Pero las cosas han cambiado ahora modernamente con la conexión USB.

Nuevo problema: La conexión USB

El problema se ha presentado con toda su crudeza  con la aparición de los dispositivos decodificadores conectados por puerto USB. El conector y el cable USB se ha demostrado muy sensible a la RF y eso ha dado lugar a que aparezcan cuelgues del programa decodificador y del ordenador y de los receptores SDR con gran facilidad. Y eso se presenta con tensiones muy pequeñas de RF que antes no le importaban a nadie que se captaran.

Ahora tenemos que vigilar que la RF no se pasee por todos los cables que bajan de la antena, y colocar ferritas partidas en cualquier cable, si no queremos que nos pasen toda clase de cosas raras en el ordenador. A mí personalmente me ocurrió con los cables de los rotores de las antenas de satélite, que se encontraban en otra torreta, pero que captaban la RF y la llevaban hasta el mismo ordenador en que funcionaban los equipos SDR. Me llevó mucho tiempo  descubrir por qué saltaba el equipo SDR solamente cuando transmitía en 15 metros.  Esto ya era una indicación de que había una resonancia en algún cable. Un día por casualidad descubrí que los cables del rotor resonaban en una longitud de onda completa  (15 metros) y me introducían la RF hasta el ordenador a través del controlador de rotores conectado al puerto paralelo.

¿Cómo podemos evitar problemas?

Aparte de colocar ferritas en las líneas de todos los dispositivos que, de alguna forma, pueden conducir la RF al ordenador, es prudente evitar cualquier problema de RF captada por nuestra línea de transmisión, incluso en las de las demás antenas, colocando un balun UN/UN de anillos de ferrita en el interior de la estación, justo antes de la entrada al acoplador de antena o al paso final del amplificador lineal (Figura 9).

 

Figura 9 – Colocación de un un-un junto al transmisor

Especialmente si utilizamos lineales de gran potencia, los altos niveles de RF pueden afectar mucho más a los ordenadores. En todos estos casos, debemos poner en práctica todos los recursos posibles para evitar que circule la RF por nuestra estación, y tampoco llegue al ordenador. La RF debe salir por el interior del cable coaxial y llegar a la antena y no dejarla volver por otros caminos.

Y por supuesto, nada de utilizar toma de tierra común de RF en la estación.

La nefasta toma de tierra común

Lo peor que puede ocurrirnos al colocar una toma de tierra común de RF en una estación emisora es que funcione bien y realmente derive la RF a masa. Con ello resulta que la RF se pasea y se radia en el interior de la estación, porque la toma de tierra de RF ahora forma parte de la antena. Todas nuestras buenas intenciones de que la energía de RF se radie en la antena se han ido a la porra.

En la Figura 10 tenemos un buen ejemplo de una mala instalación. Una antena dipolo sin balun que cancele la corrientes en modo común y una toma de tierra oportuna que acaba de complicarlo todo, formando parte de la antena y radiando por su cuenta.

 

Figura 10 – Dipolo sin balun y con toma de tierra de RF

 

Tenemos una resonancia en el dipolo y otra en el sistema formado por una rama del dipolo, la malla del cable coaxial y la toma de tierra de RF. Toda una segunda antena de polaarización vertical completa que radia energía de otra forma y en el interior de nuestra estación, en el que a lo mejor incluso hay un máximo de corriente a nuestros pies. Toda una garantía de que tendremos RF en el micrófono y en todos los dispositivos conectados al transceptor.

Así que lo más prudente, en este caso, aparte de colocar un balun en la antena, es impedir de alguna forma con ferritas partidas que la RF circule por cualquier toma de tierra común de protección eléctrica que tengamos.

Pero por lo menos las antenas verticales no necesitan balun, ¿o sí?

Igual que los dipolos, las antenas verticales de tipo GP con radiales también deben llevar un balun, e incluso un un/un a la salida del transmisor o del acoplador, que impida la circulación de corrientes por el exterior de la malla, pues  la RF puede circular en modo común exactamente igual que lo hace por las líneas de transmisión conectadas a los dipolos de media onda horizontales sin balun. Recordad que el problema de la RF por la malla no lo produce la asimetría de la antena, sino precisamente la asimetría del cable coaxial.

El caso extremo es el que se muestra en la figura 11 en el que la línea coaxial tiene una longitud múltiplo de 1/4 de longitud de onda y en el que, por consiguiente, se produce un máximo de tensión de RF junto al transmisor, porque el otro extremo es de baja impedancia por fuerza. Si en este caso no ponemos un balun, tendremos problemas de RF elevados en los bigotes al modular. Si tampoco ponemos un un/un junto al transmisor, es posible que la RF captada directamente por la antena nos dé también algún problemilla en algún dispositivo USB del ordenador (si lo utilizamos), porque ya hemos comentado que es un nuevo problema: la mayor sensibilidad a pequeñas corrientes de RF simplemente captadas por resonancias en los cables, sean coaxiales o no de las conexiones USB.

 

Figura 11 – Vertical GP con linea 1/4 onda

 

En cambio, en las antenas verticales con plano de tierra natural, en las que la malla del coaxial se conecta a tierra-tierra y en la que el suelo conductor forma una imagen perfecta del radiante de cuarto de onda, no está muy claro que se produzcan corrientes por el exterior de la malla, salvo que la línea de transmisión tenga un múltiplo impar de cuarto de onda exacto.

En este caso, se produciría un máximo de  la tensión de RF captada en la conexión al transmisor igual al de la figura 11. Pero en este caso estoy convencido de que esta tensión de RF puede anularse poniendo también a una tierra-tierra este extremo. En este caso, si que puede ser útil la tierra común de RF y no haría falta colocar un balun a la salida del transmisor. Pero siento deciros que esto no lo he podido comprobar personalmente, así que dejémoslo en el aire hasta que algún otro radioaficionado nos confirme si representa problemas o no.

Pero no echemos nunca más la culpa de la RF  en la estación a la ROE elevada cuando esta varia al modificar la longitud del cable porque no hemos puesto ningún balun en la antena que evite las corrientes de malla en modo común.

73 de Luis EA3OG