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Coaxial múltiplo de media onda ¿sí o no y cuándo?

Parece que está tan arraigado el tópico de la longitud del coaxial múltiplo de media longitud de onda que me cuesta mucho convencer a toda la presente generación de radioaficionados de que es una práctica con muy poco fundamento (con una sola una excepción). La mayoría de las veces  es  una costumbre contraproducente, especialmente si se conecta a una antena multibanda o a una antena monobanda que, de paso, se utiliza en otras bandas, cosa que es difícil de resistirse a probar. He recibido algún correo en el que algún radioaficionado me insiste en que no acaba de entender que ésta sea una mala práctica, porque la experiencia le dice que este sistema le funciona bien. ¿Por qué algunas veces funciona bien? Vamos a verlo con más detalle en los siguientes párrafos.

La teoría del múltiplo de media onda eléctrica

La idea básica de que son muy convenientes las bajadas de cables coaxiales múltiplos de media longitud de onda eléctrica procede de que realmente (cierto) reflejan exactamente la misma impedancia y reactancia que hay en los bornes de la antena. Y eso es totalmente cierto.

Un cable coaxial de media longitud de onda, siempre que además apliquemos como reductor el factor de velocidad de propagación de la señal de RF por el cable (reduzcamos la longitud de media onda física a media onda eléctrica, multiplicando por el factor de velocidad de propagación de la onda por el cable), efectivamente repite exactamente la impedancia que encuentra en bornes de la antena y podremos medir en sus bornes la reactancia y la resistencia de la antena en la frecuencia central de funcionamiento (Figura 1) (Pero no siempre correctamente como veremos más adelante).

Concretemos más con un ejemplo:

Un dipolo monobanda para 40 metros formado por dos ramas de 10 metros (no afinemos más) le colocamos (sin balun) una bajada de coaxial de cable coaxial   RG-213 con un factor de velocidad de 0,66. Para que la bajada sea un múltiplo de media onda que será 20 x 0,66 = 13,20 metros de longitud de coaxial. Es demasiado corto y no nos llega, pues tendríamos que poner 26,40 metros. Aún es corto, pues tendríamos que poner 39,60 metros. Demasiado largo, pues enrollamos el cable. ¿Con qué objetivo hacemos esto? ¿Medir qué? ¿La ROE?

Figura 1: Teoría: Media onda  eléctrica las hace igualesFigura 2: Realidad: sin balun las R y X   no son iguales

 

Medir la resistencia y la reactancia: ¿con qué y para qué?

¿Tenemos un analizador de antenas o un analizador de redes que mida la reactancia? NO. Solo tenemos un medidor de ROE. Cielos, pero ese instrumento solo mide la ROE, la Relación de Ondas Estacionarias. ¿Dónde está la medida de la resistencia R y la reactancia X? Ni idea, el medidor de ROE no nos lo cuenta.

Y por cierto, que la ROE no debería variar cambiando la longitud del cable, pues es una medida del coeficiente de reflexión de la antena a esa frecuencia y ese coeficiente SOLO DEPENDE DE LA RESISTENCIA Y REACTANCIA en bornes de la antena, a una frecuencia dada. Si no variamos la longitud del cable de la antena o la posición de la antena, la ROE real en el cable no debería variar, aunque eso solo ocurre cuando la antena tiene bien puesto un balun. Si no tiene balun, es probable que varíe la lectura aparente (no la real), porque ya no se refleja exactamente la R y la X de la antena. Aparece una segunda R’ y X’ reflejada por la malla del coaxial (figura 2).

Aquí está el problema. La ROE real no depende de la longitud del cable, sino solo de la antena. Si la ROE varía con la longitud del cable, algo no está bien configurado. Se crean dos resonancias diferentes en la antena. La de dipolo propiamente dicha y la resonancia del exterior de la malla del coaxial de la rama del dipolo conectada a la malla (figura 3).

Figura 3: Dipolo sin balun con dos resonancias superpuestas

 ¿De qué sirve pues un múltiplo de media longitud de onda eléctrica?

DE NADA, es una pérdida total de tiempo porque, como solo tenemos un medidor de ROE, eso nos ha obligado a poner un coaxial de una longitud determinada, probablemente más largo de lo necesario (más corto imposible), y simplemente no somos capaces de medir ninguna otra cosa en la antena, ni tenemos previsto medir otros parámetros más adelante, de modo que solo pretendemos que la antena resuene ajustándola a mínimas estacionarias. Y lo hacemos ajustando la longitud del cable coaxial. ¿Es eso correcto? ¿Da resultado? Sí, muchas veces.

¿Por qué varía pues mi ROE cuando varío la longitud del cable coaxial?

Lo he repetido ya mil veces. Porque no has colocado un balun que impida que la RF (esa que se pasea por una antena resonante) desgraciadamente se pasee también por el exterior de la malla del cable coaxial  y ésta actúa como una antena independiente, con su propia resonancia y proporcionando una resistencia y una reactancia propias que, cuando la observamos en el medidor de ROE, se suma en paralelo a la resistencia y reactancia proporcionada por la RF que circula correctamente por el interior del coaxial (Figuras 2 y 3).

Por tanto, hay dos lecturas superpuestas que indican una falsa ROE en el medidor: una real de la antena y otro parásita de la malla del coaxial. La ROE real proporcionada por la antena en el interior del cable queda enmascarada por esta combinación, porque no nos olvidemos que es INVARIABLE si no modificamos la antena.

¿Y si esa ROE falsa le gusta a mi transmisor? ¿No vale?

Bravo, efectivamente, aceptémoslo, sí que vale. Si esa ROE resultante le gusta a tu trasmisor y todo funciona correctamente, pues vale. Y de ese modo también queda sintonizado el conjunto de las dos antenas radiantes sin utilizar acoplador, adaptando la antena y el cable coaxial, y aparentemente todo funciona perfectamente. Funciona.

La combinación antena sin balun y longitud de cable ajustada para que indique un mínimo de ROE funciona bien y al transmisor le gusta y el medidor de ROE está encantado y consigues estacionarias 1:1, cuando es casi imposible en la práctica conseguir esa lectura con un dipolo y todo te funciona perfectamente. Todo perfecto. Pero…

¿Qué pega tiene, pues?

Pues que desgraciadamente este estado de felicidad, que sería aceptable, se cumple solamente en una banda y jamás en todas las bandas si la antena es multibanda o pretendemos utilizarla en otras bandas, tentación que nunca podremos resistirnos a probar, especialmente si tenemos un acoplador manual o automático, como todo el mundo.

Lo más probable que tengas RF flotante en tu QTH a manta y, al modular, te haga cosquillas el micro porque tengas radiofrecuencia flotante en tu estación.

 Pueden pasar 2 cosas:

  1. No tengo RF flotante en la estación. Todo funciona perfectamente. Fantástico, has tenido suerte, pero lo más probable que eso se cumpla únicamente en una banda y tengas problemas de RF flotante en otras bandas, en las que no resuena todo exactamente igual y el múltiplo de media onda del coaxial ya no es múltiplo de media longitud de onda en esta otra banda.

De todos modos, has de ser consciente que tu línea de coaxial está radiando como antena, tanto en transmisión asís como actuando también en recepción. La RF se radia donde no debería (debería radiarse solamente en la antena) y en recepción actúa como antena receptora captando ruido cercano a donde pasa el cable coaxial, en vez de actuar como un cable apantallado.

En otras bandas, cuando intentamos operar, puede que se cuelgue en el PC algún dispositivo USB cuando intentamos trabajar con decodificadores digitales, o un programa de logbook, pero si tú no  utilizas estas modalidades, pues no pasa nada.

  1. Si tengo RF en la estación, pero como no trabajo digitales y no tengo ordenador, ni me preocupa ni me entero de los problemas de RF. Sí que veo que en alguna banda en que el micrófono me quema los bigotes, pero como esta banda no la utilizo nunca, pues no pasa nada. Pues perfecto, pero el día que haya buena propagación en banda altas, puede que el micro te tire de los pelos (del bigote quemado) y te arrepientas. Y todo eso por no poner un balun que neutralice la asimetría del cable coaxial.
Figura 4: Por la toma de tierra circula RF a tierra

Solución toma de tierra común

Le he puesto una toma de Tierra que derive a tierra la RF que circula parásita por el exterior de la malla (figura 4). Con eso consigo que las cosas se compliquen aún más, pero tal vez consigas una buena solución. Todo se ha calmado. Solo que ahora tienes RF circulando por la toma de tierra que forma parte de la antena de tu estación tanto en transmisión como en recepción. Junto a la estación radias una parte de tu potencia que no va a la antena y, en recepción, captas todo el ruido eléctrico que haya en las proximidades.

Y ya que decimos que algunas veces da resultado, miremos exactamente cuándo y por qué da resultado, aunque primero tenemos que discutir si ponemos media onda física o eléctrica.

¿Media onda física o eléctrica?

Primero definamos qué queremos decir exactamente con ambos conceptos (figura 5).

Múltiplo de media onda física: Longitudes de cable coaxial múltiplos directos de media longitud de onda. Por ejemplo, para la banda de 40 metros, serían las longitudes 20 x 1 = 20 m, 20 x 2 = 40 m, 20 x 3 = 60 metros. Eso serían múltiplos de media onda física.

Figura 5: Diferencia entre media longitud eléctrica y física

Múltiplos de media onda eléctrica: Longitudes de cable coaxial que son múltiplos de media onda, pero que hemos multiplicado por el factor de velocidad del cable (0,66 para el RG.-213) y por tanto, para la banda de 40 metros las longitudes serían 20 x 0,66 x 1 = 13,20 m, 20 x 0,66 x 2 = 26,40 metros, 20 x 0,6 x 3 = 39,60 metros. Esas medidas que reproducen exactamente la resistencia y la reactancia en bornes de la antena.

La media onda eléctrica y sus múltiplos

Los múltiplos de media onda eléctrica, que son más cortos por el acortamiento debido al factor de velocidad, repiten exactamente la impedancia que encuentran en bornes de la antena y, gracias a ellos, podremos medir en sus bornes la reactancia y la resistencia de la antena en la frecuencia central de funcionamiento (sin disponemos de un analizador de antena de R y X). Pero esos valores no serán reales si la antena no tiene un balun, porque lo que mediremos será una combinación de la resistencia y reactancia real en el interior del cable, combinada con la resistencia y reactancia reflejada por el exterior de la malla del coaxial, por lo que los valores que encontraremos no se ajustarán a la realidad.

La tensión de RF que encontraremos en el medidor de ROE es bastante imprevisible y mucho más elevada de la que debería haber. Las medidas que tomaremos no servirán de nada. Las medidas que obtendremos. pensando que son de la antena, no serán reales.

Eso sí, podemos intentar ajustar la longitud para que marque el mínimo de ROE incluso 1:1 (poco realista con un dipolo) y creernos que todo está ajustado perfectamente. Sí, es cierto, el conjunto línea coaxial antena está ajustado exactamente en el medidor de ROE, pero es posible que la antena en si no esté ajustada exactamente a resonancia, aunque ya hemos comentado en otros artículos que no tiene la menos importancia, si luego ajustamos el conjunto antena + línea coaxial con la longitud del coaxial o con el acoplador. El aumento de pérdidas es mínimo.

Podremos tener RF en la estación, porque la malla del coaxial no es resonante y se produce justo en la estación una tensión de RF superior a la que se podría obtener con otras medidas de cable.

Choque del mismo cable coaxial

Una solución muy encilla es que arriba, junto a al dipolo o antena horizontal (o junto a la antena vertical), enrollemos el cable coaxial de forma que sirva de choque para evitar las corrientes de RF por el exterior de la malla y eso será más eficaz que todo lo demás.  Con eso ya hemos realizado una especie de choque muy eficaz. Un balun que se  llama balun de corriente (figura 6).

Figura 6: Dipolo de media onda con choque de coaxial

Si ponemos el arrollamiento correcto (6 espiras de 20 cm de diámetro) para la banda de 20-15 y 10, veremos que todo se calma y la longitud del coaxial no afectará en ninguna de estas bandas altas. Desgraciadamente, si pensamos en hacer lo mismo para las bandas de 30 y 40 y 80 metros, el arrollamiento que se necesita es descomunal (10,  16 espiras y 32) para obtener el mismo efecto y la cosa se complica más, sobre todo si pretendemos realizarlo con cable  RG-213 de 10 mm de diámetro.

La media onda física y sus múltiplos

Esta es la única excepción teórica en que precisamente podríamos utilizar la línea coaxial  de longitud múltiplos de media longitud de onda sin que ocasione problemas (y sin balun), porque como la línea coaxial resonará en media onda físicamente, igual que como una antena, presentará nodos de mínima tensión de RF, uno en la antena y dos en la estación, junto al medidor de ROE, de forma que podremos conseguir que la tensión de RF será mínima en la estación. Aquí aparecerá un nodo de RF con tensión mínima (figura 7).

Figura 7: Múltiplos de media onda física producen nodos de tensión

El medidor de ROE no se enterará de que la corriente de RF es superior a la normal, porque solo estará mirando la corriente en el vivo. Recordemos que los medidores de ROE miran la potencia directa y reflejada con captadores que toman captan en paralelo la corriente del vivo en relación a la malla, y no se verá afectada la lectura por la corriente independiente que circule por esta última, porque esa corriente en la parte externa de la malla sea superior. De todos modos, lo que marque no será muy real, pero si le gusta al transmisor  (y al operador…) pues no pasa nada.

¿Podemos enrollar el cable sobrante?

  1. No deberíamos hacerlo. Si el cable es demasiado largo y lo enrollamos de alguna forma, el arrollamiento está introduciendo una inductancia adicional que afecta a la longitud resonante del cable coaxial en media onda y la corriente que circula por el exterior de la malla del coaxial, de forma que modificaremos su resonancia en media onda física, por lo que ya no sabremos muy bien qué tensión de RF hay en el cable, ni donde estarán los nodos. Nos hemos cargado este delicado efecto milagroso (figura 8)
Figura 8: Los nodos de tensión con arrollamiento quedan desplazados

.  Volvamos a lo correcto, a lo que interesa

Si lo que nos interesa es que la señal emitida vaya íntegramente a la antena por el interior del cable coaxial y no vuelva, y que además el cable coaxial se comporte como una línea de transmisión infinita, por la que desaparece toda la energía que le metemos desde el transmisor y no vuelva de ningún modo en todas las bandas, entonces…

Para eso es imprescindible que el cable coaxial no haga “el Jaimito” y se  comporte bien como si solo tuviera dos conductores. Necesitamos que la corriente de RF que circula por el vivo sea exactamente igual y de sentido contrario a la que circula por el interior de la malla. Necesitamos colocar algún tipo de simetrizador de coaxial en la antena para anular cualquier corriente de RF suplementaria por el exterior de la malla.

Para impedir que el exterior de la malla actúe como un conductor independiente que haga de antena por su cuenta,  para eso utilizaremos o bien el balun de tensión con transformador interno (que puede servir para adaptar impedancias diferentes( o bien del tipo 1:1 (W2AU) sin transformación de impedancias, o bien un choque de RF que impida la circulación de RF por el exterior, ya sea mediante un arrollamiento debidamente dimensionado del cable coaxial que actúa de choque para la RF externa o bien pondremos un balun de corriente o Un-Un MFJ-915, que no es más que un trozo de coaxial de la misma impedancia que pasa por el centro de unos cuantos (muchos) anillos de ferrita (figura 9).

Figura 9: Tres tipos de balun para HF

Si los colocamos debidamente, normalmente conseguiremos que el cable coaxial se comporte bien y, si además está bien adaptado a la antena, porque su impedancia característica coincide con la de la antena, pues se comportará como una línea de transmisión de longitud infinita y toda la energía que enviamos desde el transmisor desaparecerá por la antena (radiada) y no la volveremos a ver de vuelta, que es lo que pretendemos. Hacedme caso, habrá valido la pena y os evitaréis muchos problemas de RF.

73 Luis EA3OG