Press "Enter" to skip to content

Mi ROE no varía con la longitud del coaxial

Os confirmo que, en contra de lo que se afirma en un artículo publicado en la revista Radioaficionados, cuando yo cambio la longitud del coaxial de mis antenas, mi ROE no varía. Ni siquiera cuando utilizo una antena de 40 metros en 30 metros con el acoplador y una ROE de 5:1. Por más que cambio la longitud del coaxial, alargándolo con algún latiguillo, mi ROE sigue imperturbable. Aumenta alguna décima si el latiguillo es muy largo (porque aumentan las pérdidas), pero no varía con los múltiplos de media longitud de onda, como a alguno le pasa. ¿Es gafe?

  • ¿Hay gente a los que les varía la ROE cuando alargan el coaxial? Sí.
  • ¿Qué les pasa a los que sí les varía la ROE al añadir un latiguillo? ¿Tienen mala suerte? NO
  • ¿Tienen una longitud de coaxial gafe? NO.
  • ¿No han cortado bien la antena a múltiplos de media longitud de onda? NO
  • ¿Algo tienen mal instalado? .
  • ¿Tengo yo mucha suerte si mi ROE no varía? NO
  • ¿Mi cable coaxial es especial y mejor que otros? NO
  • ¿Tienen algo especial mis antenas que no tienen las de los demás? SÍ.
  • ¿Cómo es que soy tan afortunado? Ahora os lo explicare.
  • La causa es muy conocida. Seguid leyendo hasta el final, por favor.

Un ejercicio previo

Me gustaría que, antes de continuar, todos los lectores descargarais el programa TLDetails.exe de AC6LA que se encuentra en la web: http://www.ac6la.com/tldetails1.html Buscad la línea Downloads y descargad el programa que está comprimido en formato <.zip>. Descomprimidlo y, como no necesita instalación, basta ejecutar el archivo TLDetails.exe haciendo doble clic encima. Hacedlo, por favor. Os saldrá la pantalla de la figura 1.

Figura 1: Pantalla del programa TLDetails.exe

Este es un programa que simula una línea coaxial de cualquier tipo y nos proporciona todos los detalles de tensión y corriente, impedancia y fase en cualquier punto del cable, así que vamos a comprobar qué pasa con la longitud del cable.

Para empezar, en la línea 1 escoged un cable como yo, por ejemplo, un RG-213, como el Belden 8267, un cable de 50 ohmios con unas pérdidas bastante pequeñas en HF, un cable muy habitual en nuestras instalaciones.

En la línea 2 poned una frecuencia,  por ejemplo 28 MHz, y en la casilla R poned 80 ohmios y en la casilla X poned 100 ohmios. Marcad la casilla At Load (en la carga o antena).

En la línea 3, poned una longitud (Length) de 10 m. Mirad la columna Resultados a la izquierda en rojo At Input             en la línea SWR (ROE) y pone ROE (SWR) = 3,864. Muy elevada. Correcto

Con una longitud a 5 metros, ahora marca SWR =4,168

Con una longitud a 10 metros, ahora marca SWR =3,864

Subid una longitud a 15 metros y ahora marca SWR = 3,604

Subid luna longitud a 20 metros y ahora marca SWR = 3,379

Subid de metro en metro la longitud y la ROE va bajando porque van aumentando las pérdidas.

¿Hay algún cambio al pasar por múltiplos de ½ longitud de onda? NO. Solo que disminuye progresivamente al aumentar las pérdidas en la línea. La potencia reflejada, al viajar arriba y abajo por el cable coaxial aumenta las pérdidas en el cable y la ROE disminuye. La ROE permanece siempre constante en la carga (At Load).

¿Varían la R y la X de la impedancia? SÍ, y  varían mucho.

Con  5 metros de cable R = 15,594 y X -30,140 ohmios

Con 10 metros de cable R = 22,086 y X = 39,172 ohmios

Con 15 metros de cable R = 53,567 y X = -71,293 ohmios

Con 20 metros de cable R = 15,338 y X = 8,757 ohmios

Comprobaréis que varía mucho la R y la X, que pasa de positivo a negativo, pero la ROE apenas varía, sino es para disminuir por las mayores pérdidas al alargar el cable, por tanta ida y vuelta, y nueva ida y vuelta, de la potencia directa y la reflejada.

Así podéis comprobar que no existen longitudes mágicas en las líneas de cable coaxial, si se instalan debidamente. He ahí el problema.

En la carta de Smith

Si miramos lo que sucede en la Carta de Smith, veremos que, al variar la longitud, la R y la X que aparecen en el conector de antena forman un vector cuya trayectoria, al aumentar la longitud metro a metro, gira (Figura 3, punto rojo) en el sentido del reloj, alrededor del centro de la imagen de la Carta de Smith, alrededor del punto central (Figura 2, punto negro 1). Si el cable no tuviera pérdidas, la trayectoria descrita, sería un círculo perfecto. Como en la realidad hay pérdidas, al alargar más el cable, el círculo se encoge al aumentar la longitud y la trayectoria será una espiral que se irá encogiendo hacia el centro (Figura 2, punto 1).

Si prolongamos el cable hacia el infinito, la espiral acabaría en el centro de la Carta de Smith (ROE 1:1), pues la potencia reflejada ya no llegaría de vuelta al origen, anulada por las pérdidas en el cable. La R y X en la carga no varían (punto azul). La impedancia de la antena permanece invariable, pues así lo hemos definido con R=80 y X=100 ohmios.

Figura 2: Al alargar el cable (5-6-7-8 m), R y X describen un circulo centrado en (1).

¿Se pierde la potencia reflejada?

NO, no se pierde, siempre que adaptemos bien el conjunto “coaxial + antena” con un acoplador para una ROE más baja (ROE<2:1), una ROE que le guste al transmisor y mantenga su potencia de salida. De todos modos, se mantienen las mismas pérdidas en el cable que antes de acoplar. Pero la potencia reflejada no la perdemos si acoplamos correctamente el sistema, porque el acoplador, en el siguiente ciclo la vuelve a enviar a la antena, sumada a un nuevo ciclo enviado por el emisor. La adaptación perfecta se consigue proporcionando el acoplador una reactancia conjugada de la del sistema “coaxial + antena”.

Basta con tomarse la molestia de leer mis artículos en la revista Radioaficionados, especialmente el publicado en Marzo 2014, en el que  explicaba paso por paso como no se pierde la potencia reflejada en el artículo “Antenas resonantes o no resonantes”.

No sé de qué me sirve escribir. Parece que predique en el desierto. Os juro que esto me desespera, pero no me desanima. Si hace falta, repetiré este artículo todas las veces que haga falta, hasta conseguir que todos los radioaficionados de habla hispana se enteren. Perdonadme, estimados los lectores, porque me aburro yo mismo de tener que escribir siempre lo mismo, aunque procuro que sea de formas distintas.

Volvamos al misterio de la ROE que SÍ varía

¿Qué pasa en las instalaciones en las que la ROE SÍ VARÍA al modificar la longitud del coaxial?

La solución al misterio es que en sus sistemas “antenas + coaxial”  tienen una RF parásita que circula por el exterior del cable coaxial.  Ese es todo el enigma. Esa RF circula porque no han instalado ningún tipo de balun en la alimentación de la antena, balun o choque que impida la circulación de RF por  el exterior de la malla, en forma de corriente independiente. Esa RF independiente circula reflejada desde la punta de la antena de la rama conectada directamente a la malla y vuelve hacia el transmisor por el exterior de la línea de transmisión coaxial. De ese modo, el cable coaxial actúa también como antena independiente, con su propia frecuencia de resonancia y reactancia (según su longitud), y afecta a la ROE que medimos en el medidor y que sufre el transmisor. Al mismo tiempo, cuando variamos la longitud del cable coaxial, se afecta su frecuencia de resonancia y se alteran todas las mediciones de ROE (Figura 3).

Figura 3: Dipolo sin balun ni toma de tierra común

¿Cuál es la solución inadecuada para evitar la RF en la estación?

Para evitar la RF en la estación, los bigotes que queman en contacto con el micro al modular y que nos salten los dispositivos USB en los ordenadores a cada momento cuando transmitimos en digitales, la solución inadecuada, predicada por la industria desde siempre, consiste en colocar una buena toma de tierra común para derivar la RF a tierra. Es un terrible error. Es posible que se arregle el problema, pero hemos generado otros más importantes.

¿Por qué dices que es inadecuada si funciona muy bien esta solución algunas veces?

Porque si la RF circula a tierra por los cables de masa común de nuestra estación, no hemos de olvidar que la malla del coaxial y el cable de tierra ahora formará parte de nuestra antena, radiando RF por todos lados en el interior del Shack. No pasa nada, podemos acostumbrarnos a la RF. Solo que hay una buena parte de nuestra potencia que no se radiará en la antena, sino dentro de la estación o en el cable coaxial de bajada (Figura 4).

Figura 4: Dipolo sin balun y con toma de tierra

PERO veamos el porqué ahora esta solución es PEOR. Porque, como normalmente utilizamos la misma antena para recibir, ahora la malla del coaxial y el cable de la toma de tierra también formarán parte de nuestra antena receptora, captando todos los ruidos generados en el interior del  shack aumentando el problemático ruido de fondo de las bandas de HF. ¿No estáis de acuerdo en que eso es justamente lo que no deseamos, sino que buscamos desesperadamente reducir el ruido captado por nuestra antena, ese ruido que limita nuestra sensibilidad de recepción? Pues pronto sabréis lo que hay que hacer para evitarlo, porque ahora mismo os lo cuento.

¿Cómo hay que evitar la RF y, de paso, la ROE cambiante?

Debemos impedir el paso de la RF por el exterior de la malla del coaxial por cualquier medio, concretamente utilizando algún tipo de choque o balun simetrizador (del coaxial), de forma que logremos impedir cualquier resonancia independiente del exterior de la malla del cable coaxial (Figura 5).

Figura 5: Dipolo con balun y sin RF en la estación.

¿Qué tipo de balun debemos utilizar?

En HF tenemos de 3 tipos distintos de balun:

El balun de tensión de 3 devanados: el devanado central detecta la diferencia de corrientes en los dos devanados conectados a la antena y genera una tensión que obliga a igualar las corrientes que circulan por los dos extremos del coaxial. Es el famoso balun W2AU que es el que se recomienda para el centro de los dipolos. Tiene la ventaja de que el devanado central conectado entre el vivo y la malla para corrientes continuas, descarga cualquier estática que se pudiera acumular entre el vivo y la malla (Figura 6).

Figura 6: Tres tipos de balun para HF

El balun de corriente o choque de ferritas: Es el balun que está formado por anillos de ferrita colocados encima de un cable coaxial que pasa por el centro. Actúa como un choque para evitar la circulación de RF por el exterior de la malla. Tiene la desventaja de que no conecta el vivo con la malla para corrientes continuas y no descarga la estática. Debería usarse siempre con un descargador de estática en la entrada de la estación.

El choque formado por varias vueltas del coaxial: Está formado por 6 vueltas de cable coaxial encintadas juntas y con un diámetro de unos 15-20 cm.   Solo sirve para bandas entre 14 y 30 MHz, porque para bandas más bajas el número de espiras necesarias lo hace excesivamente grande y pesado. Pensemos que para 10 MHz ya tendría que tener por lo menos 9 vueltas de coaxial. Si es de RG-213, será ya demasiado pesado para dejarlo colgando. Y para 40 metros, ¿pondremos 18 espiras?

¿Qué antenas son más propensas a estos problemas de RF en la malla?

Los dipolos multibanda sin balun: Los fabricantes de antenas multibanda proporcionan los dipolos choriceros multibanda con trampas, pero omiten colocar un balun en el centro del dipolo y dejan un soporte triangular que no permite la instalación del balun imprescindible para evitar problemas. Podemos añadir el balun de corriente MFJ-915, sino sustituimos el soporte central por un balun de tensión W2AU o equivalente.

La famosa  G5RV: Una antena monobanda que funciona como multibanda sintonizándola con un acoplador de antena y que venden sin ningún tipo de balun en el punto de conexión del coaxial con la escalerilla.  En algunas de ellas he visto que colocan al final del cable paralelo una pieza adaptadora que no contiene más que baquelita o plástico y que parece un balun, pero no es más que un soporte reforzado que encima acostumbra a romperse. Como debe ir separada del mástil, si además le colocas un balun de corriente MFJ-915 colgando, aún será más propensa a la rotura. El cable de cinta paralela debería colocarse sujeto al mástil para que el viento no rompiera esa unión, con aisladores de cinta paralela de TV antiguos, que la separaran unos 15 cm del mástil central cuando se coloca como V invertida, pero estos aisladores ya son muy difíciles de encontrar.

Las verticales que no van montadas en el suelo: Existe la creencia popular de que las verticales, al ser antenas asimétricas, no necesitan balun al ser alimentarlas con cable coaxial, pero es la asimetría del cable coaxial la que produce el problema de la RF en la malla y no la asimetría de  la antena. Cualquier vertical que no se monte en el suelo con picas para conectarla con tierra buena conductora, debería llevar un balun, pues pueden producirse corrientes en el exterior de la malla como en cualquier dipolo.

Porque en realidad estas verticales son auténticos dipolos también. Da igual que los radiales sean cortos o largos, porque siguen siendo la otra mitad de la antena y la malla del coaxial facilita la conducción de una corriente de RF reflejada en las puntas de los radiales. Si la malla está conectada a una tierra perfectamente conductora, no existe la posibilidad de reflexión, puesto que ahí, en la tierra, no hay resonancia que valga.

¿Y qué hacemos en las antenas de VHF y UHF?

Si la antena es única y la bajada de antena es medianamente corta (por ejemplo 10 metros de longitud), comprobamos que en 144 MHz esta longitud ya representa 5 longitudes de onda, lo que hace que el exterior de la malla ya se comporte como un hilo largo cuya impedancia se acerca a los 600 ohmios.

Por tanto, la corriente en el cable será como máximo 1/12 parte de la corriente en la antena y la potencia radiada por la malla estará unos -13 dB por debajo de la potencia radiada por la antena. Esto significa que afecta relativamente poco a la radiación de la antena y a la ROE en el punto de alimentación, y aunque puede desviar ligeramente el eje del lóbulo de radiación sería en un valor poco significativo.

Si además, el coaxial desciende encintado a la viga de soporte y luego por el mástil, siempre perpendicular al radiante, perturba mucho menos al eje del lóbulo de radiación de la antena, desviándolo muy ligeramente. El problema, por tanto, es mínimo, puesto que el ángulo de apertura de la antena acostumbra a ser bastante más ancho.

Si queremos ser muy puristas y alinear bien el eje del lóbulo de radiación con la viga de la antena, el sistema más utilizado consiste en colocar un tubo llamado bazooka como trampa de ¼ de onda, tubo cortocircuitado por un solo extremo (TX), por cuyo interior pasa el cable y que bloquea el paso de la RF por el exterior de la malla del coaxial (Figura 7a). También se puede realizar un choque de RF con un conductor de 50 cm exterior (λ/4), formando una U resonante en ¼ de onda con la malla (Figura 7b).

Figura 7a: BazookaFigura 7b: U en cuarto de onda

Agrupación de antenas en VHF

Aquí sí que tendríamos que hilar más fino, porque si vamos a agrupar Yagis de 144, será porque queremos aumentar la ganancia y conseguir un lóbulo de radiación resultante más estrecho y bien orientado, con un ángulo de apertura muy pequeño. Por tanto, será importante que no se produzca ninguna desviación del eje del lóbulo de ninguna de las antenas, las cuales además tendrán cada una el latiguillo de coaxial en una dirección diferente, de forma que se perturbarían de un modo ligeramente distinto. Todo un problema.

Si queremos asegurarnos de que todos los lóbulos de cada una de las antenas están alineados con la viga de soporte, tendremos que asegurarnos de la simetría y deberemos aplicar a cada una de ellas un choque a la RF por el exterior de cada trozo de coaxial que la une a la caja donde se suman en fase todas las antenas.

¿Convencidos?

Espero haberos convencido de los problemas que supone no utilizar debidamente los balunes en casi todas nuestras antenas porque nos resuelven todos los problemas de RF en los cables coaxiales, producidos por su asimetría, problemas que no se presentaban cuando las líneas de transmisión eran de cables paralelos. Confío en que sea la última vez que tenga que explicarlo en estas páginas. A ver si lo consigo.

73 de Luis EA3OG