El peligro de que las tomas de tierra lleven RF
Por Luis A. del Molino EA3OG (ea3og@ure.es)
En este artículo, pretendo convenceros de que las tomas de tierra para eliminar la RF en la estación de radioaficionado son totalmente absurdas y que no comprendo cómo pueden seguir recomendándolas los fabricantes de equipos y accesorios, quienes las presentan como la gran panacea para eliminar la RF en tu estación y siguen colocando esa absurda palomilla (Ground) en el panel posterior de todos los equipos y acopladores.
¿Has perdido el juicio? Todos los manuales de todos los transceptores y acopladores para radioaficionados del mundo, para eliminar la RF en la estación, recomiendan que se conecte la palomilla a una toma de tierra de RF común en la estación del radioaficionado. ¿Cómo te atreves a llevar la contraria a todo el mundo?
Me atrevo a llevarles la contraria porque tengo más razón que un santo. No solo eso, sino que insisto decididamente en que esa sugerencia es totalmente nefasta , porque produce más daños que beneficios, y que tal vez tuviera sentido en los primeros tiempos de la radio, cuando se usaban casi siempre cables paralelos para alimentar las antenas, e incluso radiantes y líneas de transmisión de un solo cable, antes del reinado triunfal del cable coaxial.
¡Por todos los diablos, los cables coaxiales se utilizan ya desde los años 40, una fecha de la primera mitad siglo pasado! Francamente no comprendo cómo no se han enterado todavía de que su recomendación es totalmente negativa y de que los problemas de la presencia de RF en la estación deben solucionarse de una forma totalmente distinta.
¿Por qué es tan nefasta esa toma de tierra de RF?
Es muy simple, lo comprenderás enseguida: lo peor que le puede pasar a la estación del radioaficionado es que coloque una tierra común de RF y ese cable de tierra funcione de verdad, elimine la tensión de RF del chasis del transceptor y se lleve a tierra una buena parte de la corriente de RF que debería ir a la antena. Ahora, desgraciadamente, esa RF circulará por un cable de tierra, colocado dentro de la estación, radiando energía en el interior del shack, justo dónde no debe ser radiada, según se ve en el desastre que muestra la figura 1, cuando se instala una antena sin balun.
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| Figura 1. En una antena sin balun la RF se pasea por todas partes |
Seguro que estarás de acuerdo conmigo con esta afirmación: pretendemos que la RF generada por nuestro transceptor llegue hasta la antena en el mayor porcentaje posible, donde debe ser radiada y, por tanto, no deseamos en absoluto que esa RF se pasee ni por la red, ni por un cable de tierra por el interior de nuestra estación, porque eso significaría que una buena parte de nuestros vatios se radian en el interior de nuestra casa y no en la antena. ¡Vaya desastre!
No queremos que ninguna RF circule por ningún otro cable que no sea el interior del cable coaxial hasta la antena. Así que tenemos que poner todos los medios posibles para evitar que la RF se radie junto a nosotros, por culpa de ese maldito cable de tierra de RF que pretende derivarla a tierra.
También perjudica nuestra recepción
Nos olvidamos de que nuestra antena también funciona en recepción y, si nuestra toma de tierra lleva RF en transmisión, siento deciros que la toma de tierra forma parte también de vuestra antena receptora, la cual está ahora recibiendo también señales dentro de vuestra estación, captando todos los ruidos generados en ella por todos los alimentadores conmutados y aparatos electrónicos que tengamos en ella.
¿Cómo se arregla ese desaguisado?
La primera medida que debemos tomar sin dudarlo en lo más mínimo es eliminar ese cable de tierra de RF, como primer paso para conseguir que toda la RF solo circule por el interior del cable coaxial, para dirigirla exclusivamente hacia la antena, sea un dipolo, una antena vertical (con o sin plano de tierra) o lo que sea.
Por supuesto, para obligar a que toda la RF pase por el interior del cable coaxial (y no por el exterior), hay que tomar una medida muy simple que luego examinaremos con más detalle y la clave es colocar un balun simetrizador (figura 2) del coaxial en la antena.
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| Figura 2: El balun impide la RF por el exterior de la malla del coaxial |
Incluso si es una antena que necesita la Tierra (con mayúscula) como contraantena , a nadie se le ocurre situar la toma de tierra en el interior de la estación de aficionado, sino que al más tonto se le ocurre que hay que colocarla en el exterior, junto a la antena , donde se supone que contribuye a la radiación correcta de la antena (figura 3).
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| Figura 3: Vertical con toma de tierra en el exterior |
Así pues, ¿los equipos del radioaficionado no se deben conectar a ninguna tierra común?
¡Alto, cuidado! No confundamos las cosas. Normalmente, todos los equipos actuales, alimentados por una fuente de alimentación propia o externa, normalmente de 12 V, van enchufados de algún modo a la red de corriente alterna, por lo que ya deberían de tener una masa común que les proporciona el enchufe de la pared, si la instalación ha sido realizada dentro de la normativa moderna, y esa masa común está derivada a la tierra eléctrica del edificio o casa. Y si no es así, debemos preocuparnos de que todos los enchufes y todos los equipops tengan una masa común para nuestra propia seguridad.
Esta es la masa común de protección eléctrica, y es imprescindible que exista en todos los equipos directamente conectados a la red, para no picarnos al tocar dos aparatos diferentes. Todos los aparatos de nuestra estación deben estar al mismo potencial eléctrico alterno para no sufrir descargas cuando los tocamos con manos diferentes.
Si nuestra instalación no tiene enchufes equipados con un tercer contacto de tierra, tenemos un problema y hay que buscar la forma de conectar entre ellos todos los equipos conectados a la red, mediante algún tipo de cable de masa (figura 4), que nos sirva para evitar cualquier diferencia de potencial que nos pueda dar una descarga al manejarlos, pero debemos evitar por todos los medios posibles que ese cable lleve RF.
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| Figura 4: Puesta a masa común pero evitando la RF. |
¿Cuál es pues la principal diferencia entre esta masa común y una tierra de RF?
Pues en que si ésta masa común es el tercer hilo (amarillo/verde) que ya llevan todos los enchufes, ya tenemos solucionado el peligro de las descargas eléctricas y no necesitamos nada más. Pero si nosotros hemos tenido que montar una toma de masa común porque la instalación no la tuviera, tendríamos que procurar que no circulara RF por ella y, si éste fuera el caso, incluso tendríamos que ponerle anillos de ferrita adecuados para evitar que se pasee la corriente de RF hacia la red por esta masa común (figura 4).
Seguro que estaréis de acuerdo conmigo en que no nos interesa en absoluto que nuestra preciosa RF se pasee por la red eléctrica de nuestra instalación, en lugar de por la antena, ¿verdad? No queremos problemas donde no debería haberlos, como en la figura 5.
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| Figura 5: Dipolo sin balun y con RF hasta en la red eléctrica |
¿Qué debemos hacer, pues, si la RF circula por la estación, distorsiona la modulación , el micro nos quema el bigote y se cuelgan las conexiones USB de nuestro receptor SDR?
Además de todos estos problemas, otro síntoma inequívoco de que tenemos RF paseando por el exterior del cable coaxial, además de los mencionados, es que la ROE varía cuando modificamos la longitud de la bajada, cuando añadimos algún latiguillo o modificamos la longitud del coaxial que conecta el transceptor con el medidor de ROE. En una instalación correcta, la ROE no varía al modificar la longitud del cable coaxial, pues solo depende de la relación entre la impedancia característica del coaxial y la impedancia que encuentra en la antena (ROE = |Z|/Zo)
Lo que debemos conseguir es que toda la RF emitida circule por el interior del cable coaxial y, por tanto, eliminar el paso de cualquier corriente de RF independiente que intente circular por el exterior del cable. El cable coaxial dispone de dos conductores, el vivo y la malla concéntrica coaxial con él, pero esta última se comporta como un conductor doble: el interior, afectado en su interior por el factor reductor de velocidad que le produce el dieléctrico que lo separa del vivo, y el exterior de la malla que se comporta como un conductor independiente, como un tercer hilo que no está afectado por el factor de velocidad de la RF en el interior del cable, sino que actúa de modo independiente con toda su longitud física real, como si formara parte de la antena, si la unión es directa, sin intercalar un balun.
Si el cable coaxial ocasiona tantos problemas, ¿por qué no se utilizan más las líneas de alimentación paralelas para alimentar las antenas?
Las líneas paralelas no presentan los problemas del cable coaxial porque, al ser simétricas, su radiación se cancela totalmente en el espacio, pues ambos cables transportan corrientes exactamente iguales y opuestas. ¿Solución perfecta?
No, desgraciadamente las líneas paralelas presentan tremendos problemas físicos de colocación irresolubles, como grandes dificultades mecánicas para su instalación para impedir que se crucen los dos cables, se afectan por cualquier elemento metálico situado en sus proximidades que altera su impedancia y, si son dos cables separados por una cinta como dieléctrico, sus características (impedancia) se alteran por la lluvia y la nieve, etcétera. Su instalación se reserva para longitudes muy cortas y casi en línea recta.
El cable coaxial resuelve todos estos problemas mecánicos y flexibiliza la instalación de antenas alejadas del emisor. En su día fue toda una revolución, aunque supuso la aparición de algún nuevo inconveniente, como el hecho de que se comporta como si dispusiera de 3 conductores, en lugar de los dos conductores (vivo y malla) necesarios para transportar la energía radioeléctrica hasta la antena.
Así pues, ¿cómo deben solucionarse definitivamente los problemas de RF que ocasiona el cable coaxial?
Se consigue, en primer lugar, colocando un balun de tensión simetritzador de tres devanados (figura 6) en el punto de conexión de la antena que impide que las corrientes de RF puedan volver reflejadas de la antena por el exterior de la malla del cable coaxial, además de por el interior del cable. Este balun simetriza las corrientes de ida y vuelta, haciéndolas iguales y opuestas, y bloquea las corrientes por el exterior de la malla.
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| Figura 6: Balun de tensión con tres devanados Figura 7: Un-un de anillos de ferrita sobre coaxial |
En algunas antenas, se puede colocar aquí también sin más problemas un un-u o balun de corriente (figura 7) (de Unbalanced-Unbalanced), formado por anillos de ferrita sobre una sección de coaxial, concretamente en todas las antenas con dipolos cerrados y alimentación con conexión betamax, pero en el caso de las antenas con dipolos abiertos, perderíamos la ventaja de que el balun de tensión proporciona una conexión eléctrica directa entre el vivo y la malla del cable, lo cual que nos elimina cualquier problema de acumulación de electricidad estática, por lo que en en el punto de alimentación de la antena se prefieren los balunes a los ununes.
En segundo lugar, es recomendable colocar también un un-un (simple choque) intercalado en el cable coaxial a la salida del transmisor, después del acoplador de antena, si es que lo usamos para adaptar la impedancia resultante de la antena a los 50 ohmios que necesita el transmisor (figura 8). Su función es evitar que la malla del coaxial capte la RF de nuestra propia transmisión, lo cual podría ocurrir en alguna banda en la que el cable coaxial tenga una longitud resonante en media onda.
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| Figura 8: Dipolo con balun arriba y un-un abajo |
Por cierto, este último un-un (o balun de corriente), colocado en nuestra línea de transmisión o de bajada junto al transceptor, también produce beneficios adicionales en recepción, puesto que evita que la malla del coaxial capte otras señales en recepción, como si fuera una antena vertical que capta todos los ruidos eléctricos producidos alrededor de nuestra estación.. Es decir, que este un-un, colocado junto al transmisor, contribuye significativamente a disminuir el ruido eléctrico local captado por la malla de la línea coaxial de bajada en algunas bandas en las que resuena y en las que también actúa como una antena receptora independiente.
Resumamos la solución perfecta
La colocación de un balun en la antena y de un un-un a la salida del transceptor forman la solución perfecta que tendrían que recomendar los fabricantes de equipos (figura 9) para que no circule RF por la estación. Espero que algún día estos fabricantes se den por enterados y dejen de colocar la maldita palomilla de tierra (Ground) de RF en todos los transceptores y acopladores de antena con salida asimétrica para coaxial, porque no resuelve los problemas sino que los crea.
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| Figura 9: Vertical con radiales con balun y un-un |
Ya sería hora de que entraran en la era del cable coaxial y se enteraran de los problemas que ocasiona este cable por su estructura asimétrica, su comportamiento como triple conductor, en lugar de los dos conductores visibles, y recomendaran las soluciones óptimas para solucionar los problemas de RF, en lugar de recomendar las malditas tomas de tierra de RF. ¿Algún día lo conseguiremos? No estoy muy seguro.
73 Luis EA3OG
