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La potencia reflejada ¿no se pierde?

Creía que lo había dejado totalmente claro en el artículo Antenas resonantes o no resonantes que la potencia reflejada por una antena mal adaptada no se pierde, si uno no quiere, pero desde la dirección de la revista URE me piden que vuelva a escribir algún artículo sobre la ROE, y no tengo más remedio que volver sobre este tema, aunque he de confesar que ya me aburre bastante. Van a acabar llamándome el “AntiROE”.

“Cero de estacionarias”

La ROE es uno de los mitos más traidores de la radioafición porque ha provocado muchos accidentes inútiles de gente que se sube y baja de una torreta o de un tejado, para corregir la resonancia de una antena de HF, con una ROE mínima tan poco elevada como 1,9:1 un valor que inquieta a muchos radioaficionados, que ya no pueden vivir tranquilos, porque si el medidor de ROE no marca 1:1, es decir, no indica una potencia reflejada nula, algo a lo que le llaman “Cero de estacionarias”, no pueden apretar el PTT y modular.  Como veis en la Tabla I a este enorme valor de ROE le corresponde un % de potencia reflejada del 10%, pero hay quien no puede emitir tranquilo, si no tiene eso que llama “Cero de Estacionarias”.

Tabla I
% ReflejROE|ROE% Reflej
01|10
51,6|1,54
101,9|211
202,6|325
253,0|436
303,4|651
404,4|860
505,811577
607,9|2082
7011,2|2585
8017,9|4090
9040,0|7595

Ese par de palabrejas entrecomilladas, “Cero de estacionarias”, son totalmente absurdas, porque las ondas estacionarias nunca pueden valer cero. Así que, cuando las oigo, ya me pongo a temblar, porque denota la ignorancia total en RF del que la pronuncia. Y lo malo es que raramente hay algún día en que uno no la escuche en alguna banda. Hay mucho “enteradillo” por ahí.

Si la ROE te amarga la vida…no te la juegues en la antena

Por supuesto que la ROE indica una desadaptación entre la línea coaxial y la antena, pero eso no es algo realmente importante en HF, porque existen unos dispositivos llamados acopladores o sintonizadores de antena que pueden hacer invisible cualquier potencia reflejada.  Bueno, no exageremos, cualquier potencia reflejada, no. No exactamente, pues hay algunas tan elevadas que no consigue hacerlas desaparecer ni Dios, pero digamos que por lo menos arreglan ROEs tan altas como  6:1 e incluso algo superiores, lo que equivaldría a tener más de un 50% de la potencia reflejada devuelta por la antena. Y no pasa nada de nada. Si la ROE te amarga la vida… usa un acoplador de antena. Es más fácil, cómodo y seguro y el resultado es prácticamente el mismo. En HF el resultado es prácticamente indistinguible, aunque esto lo matizaremos posteriormente.

Figura 1: Antena dipolo multibanda con acoplador

¿Qué NO hace un acoplador bien sintonizado?

  • No arregla la resonancia de la propia antena.
  • No arregla la ROE en el cable coaxial. Sigue exactamente igual.
  • La pérdidas en el cable por mayor ROE siguen exactamente igual.

¿Qué hace un acoplador bien sintonizado?

  • Evita que la potencia reflejada llegue de vuelta al transmisor.
  • Devuelve la potencia reflejada hacia la antena como un espejo.
  • Lleva a resonancia el conjunto cable y antena.
  • El transmisor ya no ve la ROE elevada y ahora ve una ROE aceptable < 1,5:1
  • Ya no actuará el protector del transmisor contra la  ROE elevada.
  • Apenas aumentan las pérdidas porque son mínimas en el acoplador.
  • El transmisor entrega toda su potencia a la antena y allí se radia toda.
  • La potencia reflejada no se pierde. Se radia por la antena.

¿Cómo lo hace?

-El efecto espejo del acoplador: El acoplador actúa igual que un espejo que refleja la imagen reflejada por la antena de forma invertida, de forma que detrás del espejo, donde se encuentran el medidor de ROE y el transceptor, ya no aparece ya ninguna potencia reflejada por la antena y, por tanto, detrás del acoplador, en el latiguillo que lo une al medidor de ROE, y al transmisor ya no se forman ondas estacionarias, y podemos medir una ROE con un valor cercano al 1:1 que le encanta a nuestro transmisor

Figura 2: Dipolo con trampas con ROE > 3:1 y acoplador

-El acoplador bien sintonizado proporciona una reactancia X conjugada de la que refleja la antena no resonante por medio del cable coaxial, modificada según su longitud, transformándola en otro valor exactamente igual pero de signo opuesto. Es lo que lo convierte en un espejo. Al cancelar la reactancia, consigue que el conjunto cable + antena sea resonante.

-El acoplador bien sintonizado también proporciona una resistencia R de 50 ohmios al transmisor, transformando una resistencia mayor o menor de 50 ohmios de una antena, incluso resonante, (pero no bien adaptada) y modificada según la longitud del cable, transformándola en un valor de 50 ohmios casi perfecto.

Nota: Recordad que la longitud del cable coaxial transforma la R y la X reflejada por la antena en unos valores que dependen de la longitud del cable, pero el cambio de longitud nunca cambia la auténtica ROE en el cable coaxial, entre el espejo que es el acoplador y la antena, si no es para aumentar las pérdidas cuando aumenta la longitud (ver mi artículo en revista de Mayo Mi Roe no cambia con la longitud del cable).

Figura 3: La potencia radiada acaba siendo 100 W también

Estas dos transformaciones dan como resultado la devolución de la potencia reflejada por la antena de vuelta hacia la antena, de forma que la potencia directa aparece con un valor superior al real (se le añade la reflejada), con el resultado de que la potencia radiada será finalmente prácticamente igual a la generada por el transmisor, descontando las pequeñas pérdidas en la línea que, en HF, son de un valor normalmente despreciable, y las del acoplador, que son más despreciables aún.

Nota: Todo lo explicado aquí solo es de aplicación a antenas de HF, porque si tenemos ROE elevada (superior a 1,5:1) en una antena de VHF o de UHF, entonces hay un problema serio en la antena que merece la pena revisar, porque las antenas de VHF y UHF son antenas monobanda, específicamente diseñadas para estas frecuencias. Si la ROE (la potencia reflejada) es demasiado elevada (> 1,5:1), tenemos algún problema en la antena y esa ROE hace que aumenten las pérdidas en el cable coaxial de forma extraordinaria. Nunca se debe intentar mejorar la ROE de una antena de VHF y UHF  con un acoplador. Las pérdidas en el cable coaxial se mantendrían a un nivel excesivo.

¿Y si NO usamos un acoplador para disminuir la ROE elevada?

Vamos a examinar todos los casos:

1.-El transmisor no dispone de protector: Si no reduce la potencia porque no dispone de protector contra ROE elevada, corremos el peligro de que el amplificador lineal interno se casque porque se traga la potencia reflejada y tal vez no pueda disipar la suma de potencias directa y reflejada, o tal vez la tensión de RF sea excesiva y podría dañar los transistores finales.

El peor de los casos se presenta cuando por accidente o por error se desconecta la antena y no lo advertimos y transmitimos por descuido. Ahí cascan muchos equipos antiguos, pues las tensiones y corrientes en los transistores finales pueden doblarse al encontrarse con una impedancia infinita. Los pasos finales a válvulas son mucho más resistentes a este problema.

2.- El transmisor detecta la ROE elevada y se arruga: Si reduce la potencia de salida por ejemplo en un 20%, pues en señal radiada perderemos tan solo 1 dB, por la reducción del transmisor, aparte de la reflejada por la antena. Si por ejemplo reduce la potencia a la mitad, pues perderemos hasta 3 dB de señal en destino, aparte de la reflejada por la antena. Si nos conformamos, pues no pasa nada, aunque puede que la linealidad del emisor empeore y genere más espurias, pues no tiene la carga adecuada para la que ha sido diseñado. Cuando usemos un acoplador y los sintonicemos bien para reducir la ROE, recuperará su plena potencia de salida. Así que normalmente veis que vale la pena usar acoplador.

3.-El transmisor ni se arruga ni casca porque está sobredimensionado: Modernamente los fabricantes de equipos más modernos están ya utilizando transistores MOSFET muy sobrados en tensión y potencia, y ya hay en el mercado algunos equipos a los que no les pasa nada si transmitimos incluso sin antena por error. Pero no se te ocurra intentar comprobarlo sin haberte asegurado antes de que esto es así y está garantizado por el fabricante. NO me eches la culpa a mí si cascas tu equipo.

Yo solo puedo dar fe por el Flex-1500, un equipo QRP de 5 W, al que no le pasa nada al pequeño amplificador final, por transmitir sin antena ni acoplador. Yo mismo lo he estado utilizando sin acoplador y con ROE elevada (bueno, algo mayores de 3:1) sin problemas durante mucho tiempo. Y nunca le ha pasado nada. Pero, siempre hay algún pero…

Sin acoplador bien sintonizado, la potencia reflejada se pierde en parte

La potencia reflejada con una ROE elevada sin acoplador bien sintonizado SÍ se pierde y, también, si el acoplador está mal sintonizado. En este caso,  la potencia que sale radiada por la antena es la diferencia entre la potencia directa y la potencia reflejada. La que la antena radia es la diferencia entre las dos potencias que marca el medidor de ROE. Esa es la potencia útil que saldrá radiada por la antena.

Un ejemplo con ROE 3:1 (reflejada del 25%):

Con el Flex-1500 de 5W nominales, si transmito con una ROE de 3:1 (potencia reflejada del 25%) en alguna banda en que no ha quedado bien ajustada mi antena, la potencia directa aparece como  6 W y la potencia reflejada  indica que es de 1,5 W, de forma que resulta que se radian 4,5 W netos.

Como sé que resiste toda la ROE que le echen, pues no me molesto en corregirla y lo dejo funcionando sin acoplador. Tendría que ajustar mi antena cuyas medidas han cambiado ligeramente después de una reparación, que no viene ahora al caso, pero no me molesto en utilizarlo. No me sale a cuenta, como veréis, por la potencia que pierdo.

Si tuviera un acoplador bien ajustado, entonces veríamos que, al actuar el efecto espejo,  la potencia directa en el coaxial sería de 6,6 W (aumentaría ligeramente) y la potencia reflejada de1,65 W (aumentaría ligeramente también), gracias al acoplador, esta potencia reflejada se devolvería íntegra a la antena, de forma que conseguiría radiar casi 5 W netos. Al no molestarme en corregir la ROE de 3, he perdido 0,5 W que probablemente se disiparán adicionalmente en el transceptor, y que es más o menos un 10%. ¿Os parece grave?

A mí no me parece importante salir con tan solo 4,5 W útiles en lugar de 5 W, si me ahorro la molestia y el trabajo de utilizar un acoplador y al equipo no le importa. Mi señal solo disminuirá algo menos 0,5 dB (0,45 dB)  en destino. Seguro que ni se nota. Recordad que se considera un cambio significativo en las señales  una variación de 3 dB.

¿Así que recomiendas no utilizar el acoplador?

No, en absoluto; solo digo que muchas veces su uso no es tan imprescindible como parece, pero pensemos que, en antenas monobanda que han sido especialmente diseñadas para una frecuencia determinada, es muy triste que tengamos que recurrir al acoplador para que el emisor acepte una ROE elevada. Deberíamos estudiar a fondo la causa y corregirla en la antena.

Pero tenemos que tener en cuenta que esta ROE tal vez no merezca el esfuerzo (ni los riesgos) de subir y bajar de la antena, buscando que la mínima ROE se encuentre en  el centro de nuestro segmento favorito de operación, cosa que es imposible de alcanzar cuando pretendemos trabajar en concursos tanto de CW como de Fonía, pues están en segmentos muy diferentes y es muy posible que la ROE suba bastante en uno si ha estado ajustada la antena para el otro.

Concursos

Para los concursantes, si es muy importante intentar sacar el mejor rendimiento posible de la antena, especialmente si vamos a dar un trato muy duro a nuestro equipo, participando en concursos largos y, si es posible, le interesa no tener que resintonizar el acoplador en los cambios de banda.  Debemos evitar en lo posible que un posible sobrecalentamiento del equipo que nos llegue a producir problemas. Y es evidente que, si la ROE es elevada y no utilizamos acoplador, es muy posible que el paso final del transceptor tenga que soportar un incremento de disipación debido a la potencia reflejada, en cuyo caso se podría perjudicar su funcionamiento al cabo de unas cuantas horas de darle paliza o provocar incluso su muerte.

Además, para el concursante, una diferencia de 0,5 o 1 dB puede representar la diferencia entre que le escuchen a él o no en un pile-up. Se impone el uso del acoplador, si no se ha podido mejorar el ajuste de la antena en el segmento que utilizamos.

Por otra parte, acoplar en concursos multibanda, si el acoplador no es automático y dispone de memorias, que eviten una nueva búsqueda del mínimo de ROE, se llevará un tiempo precioso cada vez que se cambie de banda, por lo que sería mucho mejor que no se necesitara el acoplador en ninguna de las bandas en las que participamos.

Si utilizamos antenas monobanda, lo más recomendable es evitar al máximo el uso de cualquier acoplador, pues conseguiremos no tener que molestarnos a esperar a que el acoplador sintonice perfectamente la antena en cada cambio de banda, porque todo el tiempo que ahorremos en ajustar la sintonía será tiempo efectivo de operación ganado para el concurso.

Los estafados

Aunque no viene mucho al caso, os quiero presentar un tipo de radioaficionados que he descubierto en algunos foros: se enfadan mucho y se consideran estafados porque han comprado un equipo de 100 W y, en algunos casos, solamente ven una salida de potencia de 90 W en la banda de 28 MHz o la de 50 MHz.  Están muy disgustados y me dan mucha pena. Les falta nada menos que un 10% de la potencia prometida y eso representa una pérdida de señal de nada más y nada menos que 0,45 dB.

Si consideramos que en un Smeter cada división de la escala es (o debería ser) de 6 dB, la diferencia de señal de 0,45 dB no representa ni el grueso de la raya que señala la escala de los niveles del Smeter. ¿De verdad alguien cree que se puede notar la diferencia en una transmisión entre 90 W y 100 W? Ni siquiera los Smeter calibrados en dBm de un SDR pueden detectarla con precisión suficiente, pues su error es alrededor de 1 dB.

Pues no se consuelan, por mucho que les expliques que normalmente la ganancia de los transistores y su rendimiento decaen ligeramente con el aumento de frecuencia y que basta con la caída de tensión en los cables de alimentación, cuando chupan 25 amperios en los picos, para que no se alcance totalmente la potencia nominal. Pues no hay forma de consolarlos.

Conclusión

Bien, espero que os haya convencido de que actualmente y por ahora  el acoplador (si puede ser automático, mucho mejor) es un elemento imprescindible en la estación, especialmente si trabajamos con antenas monobanda en otras frecuencias para los que no han sido diseñadas. ¿Y quién no lo intenta? No será tan imprescindible cuando todos los equipos se fabriquen con pasos finales sobrados que resistan hasta ROE infinita, pero, incluso en estos casos, el acoplador nos ayudará a ganar alguna décima de decibelio, importante si participamos en concursos. Si no somos concursantes, podremos pasar totalmente de este accesorio en un futuro bastante próximo.

73 Luis EA3OG