Longitud de los Cables Coaxiales

Largo de los Cables Coaxiales

Podemos calcular el largo del cable coaxial que vamos a usar. 
Esté largo, está determinado en media onda, esto es divido a que la impedancia de la antena, deberá de ajustarse al cable a usar y al radio (generalmente 50 ohms). 

Para calcular el cable, deberemos realizar la siguiente operación:

L = 300 / F

Donde F es la frecuencia en Mhz (por ejemplo 144 Mhz), y 300 es la velocidad de la luz que se abrevia eliminando ceros, (300.000 Km/segundo). 

Como este cálculo es para el espacio libre, deberemos calcular el factor de velocidad que tienen los cables para compensar las pérdidas de conductor a usar. 

Esto nos da por resultado la siguiente fórmula: L = 300 / 144mhz = 2.08 metros.

Lc = L * Fv (ver la tabla de Fv)

Lc = 2.08mts * 0.659 = 1.37 metros

L es la longitud del cable que hemos calculado 

Fv es el factor de velocidad del cable a usar. 

Tenemos que tener en cuenta que usamos un cable coaxial RG-58 o RG-8, el factor de velocidad será 0.659. 
Como dijimos que el cable debe tener una longitud de media onda de la frecuencia o múltiplos de ella, por lo tanto al resultado hay que dividirlo entre 2, o sea:

Lt = Lc / 2

Lt = 1.37 entre 2 = 0.685 metros que equivale a media longitud de onda eléctrica del cable.

Si queremos un cable que nos llegue hasta el equipo, ya que la longitud que nos dará será muy corta, deberemos multiplicarlo por un múltiplo.
Vamos a suponer que tengo un cable coaxial RG-8U, y deberá de llegar al equipo que está a unos 25 metros de la antena. El equipo y la antena deberán tener una impedancia óptima en 146.5 Mhz, deberemos de realizar la siguiente cuenta:

Si multiplicamos 0.685 x 37 veces nos dará una longitud de 25.34 mts.

Pero si lo multiplico 0.685 por 36 veces nos dará una longitud de 24.66 mts.

Por lo tanto tomamos la del factor de 37 veces que nos cubre los 25 metros que aproximadamente necesitábamos desde el radio hasta la antena ya que el del factor de 36 no nos alcanzaría a satisfacer nuestra necesidad.

                                                                      TABLA FV

Longitud cable coaxial = ( 300 / frecuencia), multiplicado por el factor de velocidad del cable, multiplicado N veces.

Si checas en la tabla entre 27 y 28 metros es múltiplo de medias ondas en varias bandas.

Cómo sabemos o podemos comprobar que nuestro cable realmente está resonante a 1/2 longitud de onda?. 

Esta pregunta se debe a que no tenemos forma de saber si cortando el cable a los x mts, vamos a tener la 1/2 onda física que necesitamos, ya que no todos los coaxiales tienen 50 ohm a lo largo de todo el cable, por mas que el fabricante asegure que si los tiene. 

La forma práctica sería cortar el cable a los x mts, en uno de los extremos poner en corto la malla con el vivo del coaxial y en el otro extremo con el conector instalado lo conectamos con un analizador de antena o con un dip meter la resonancia. 

Esta medición nos va a confirmar si realmente el cable es resonante a 1/2 longitud o no lo es. 

Utilizando este método ajusten el cable cortando o alargando hasta que encuentren el pozo de resonancia. Y es también una manera de obtener el factor de velocidad del cable.

Análisis de una Antena

Calcula tu antena de acuerdo a la fórmula correspondiente.

300 – 5% = 285 = onda completa

285 / 2 = 142.5 = media longitud de onda

142.5 / Frec. Mhz. de trabajo

Ejemplo:

142.5 / 7.150 = 19,93 mts. / 2 = 9.96 mts. cada radial.

En caso de usar la antena en V invertida reste el 5%, o sea:

19.93 – 5% = 18.93 / 2 = 9.47 mts. cada radial.

Ya sea de 1/4 de onda, media onda, 3/4 de onda, onda completa, 2 o más ondas etc.

Un dipolo tiene 1/4 de onda por cada brazo de la antena o múltiplo impar de 1/4 de onda (1/4, 3/4, 5/4, 7/4).

Una vertical de 1/4 de onda tiene un elemento vertical de 1/4 de onda o múltiplo impar de 1/4 de onda (1/4, 3/4, 5/4, 7/4) y varios radiales de 1/4 de onda.

Esta antena tiene una impedancia en teoría cerca de los 36 ohms, inclinando sus radiales unos 45 grados se puede logar llegar a los 50 ohms.

En la práctica, la presencia de objetos conductores vecinos y la calidad de la tierra real como reflector de ondas electromagnéticas harán que la impedancia sea distinta de la impedancia ideal.

Un dipolo plegado tiene una onda completa.

La antena 1 (dipolo simple), antena 2 (dipolo de 3/4 de onda), antena 3 (dipolo asimétrico 2 bandas), antena 4 dipolo asimétrico de alta ganancia) y antena 5 (dipolo plegado).

Para que resuenen este tipo de antenas se alimentan donde la curva de corriente es máxima y el voltaje es mínimo ver la gráfica anterior.

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Es preciso aclarar que la longitud física o geométrica de un elemento varía ligeramente con respecto a la longitud eléctrica del mismo. La longitud eléctrica se ve afectada debido a: 

La presencia de elementos metálicos, su cercanía con respecto al suelo, y fundamentalmente a causa del diámetro del elemento usado para construir la antena. 

Un elemento de gran diámetro afecta de manera diferente que uno de menor diámetro debido a la presencia de variables capacitivas invisibles.

Por ejemplo una antenas de alambre o tubo, etc.)

El alambre de la antena se comporta como un inductor formando un capacitor invisible con el suelo.

El alambre de la antena se comporta como un inductor formando un capacitor invisible con el suelo.

En el estudio de las líneas de TX se observó que la longitud de onda en la línea era menor que la longitud de onda correspondiente a una señal de la misma frecuencia, pero viajando en el espacio libre. Y esta diferencia era provocada por las distintas velocidades de propagación. 

En la antena sucede una situación similar, provocada por la presencia misma de la antena en la vecindad del suelo y otros conductores, contribuyendo también los soportes de aislamiento, con lo cual se introducen capacitancias que afectan la velocidad de la onda en la antena. 

Se denomina longitud eléctrica a la calculada utilizando la longitud de onda en el espacio libre. 

La longitud física es la longitud real que debe tener la antena, de acuerdo a la explicación anterior. Obviamente ésta es más corta que la longitud eléctrica. Este acortamiento es a menudo referido como efecto del borde (end effect).

Si a esta fórmula la dividimos entre 2 y la multiplicamos por un factor de acortamiento tenemos que: 

La longitud física de una antena dipolo de media onda se puede expresar mediante: 

L = k * (285 / f )

Por lo tanto para un dipolo la longitud física será: 

L = k (142.5 / f )

Donde: 

L = Longitud física del dipolo de media onda [metros].

f = frecuencia empleada [Mega Hertz].

k = Factor de relación semi longitud diámetro del elemento de antena.

El resultado será el siguiente:

Como puede apreciarse en la gráfica siguiente los valores de k son variables de acuerdo a la relación longitud del dipolo entre el diámetro del mismo. 

L / d . Por ejemplo un dipolo para la banda de 40 metros tiene una longitud de aproximadamente 20 metros, si usamos un conductor muy grueso, digamos de 2 mm de diámetro, dividimos 20 que es la longitud del dipolo en 2 = nos da una relación de 10 y vamos a la tabla y buscamos el valor de 10 y nos representa un factor de acortamiento de 0.925 o sea que será 92.5% - 100% = 7.5% mas chico que los 20 metros originales planteados. 

Lo que se resume en a mayor diámetro del conductor más corta será la antena, si utilizas un cable del AWG #12 que tiene un diámetro de 2.05 mm. que equivalen a 0.00205 metros dividimos 20 que es la longitud del dipolo entre 0.00205 nos da una relación cercana a 9000 cun un factor de acortamiento de 0.98, o bien 100 - 98 = 2% o sea que la antena tendrá en lugar de 20 metros 2% más corta o sea 19.60 metros en lugar de 20 metros del dipolo para la banda de 40 metros.

Ahora: si el área transversal del conductor que conforma la antena aumenta, también lo hace su permeabilidad (m), y por lo tanto la velocidad de la onda disminuye, y con esto también la longitud física. Solo en el caso ideal de un conductor aislado en el espacio libre y con un grosor despreciable, las dos longitudes tenderían a igualarse.

Como L/ 2 = 150 / f, si f se expresa en MHz, la longitud física de una antena dipolo de media onda se puede expresar mediante: 

L = k * 142.5 / f.

Influencia del material utilizado para la construcción de la antena:

1.-  La resistencia al paso de la corriente en los diversos materiales influye en el rendimiento de la antena, Por ejemplo si tenemos una antena con alambre de cobre tendrá 0.1 dB más ganancia que una hecha con alambre de aluminio y si está se construye con acero bajará su rendimiento en más de 3 dB. 

2.- Ahora el diámetro del conductor influye también en la ganancia de la antena. Si tenemos una antena de alambre y otra hecha con tubo se notará que en la antena hecha con tubos tendrá más ancho de banda a cambio de perder 0.15 dB, lo cuál es muy poco sobre todo si la antena la usamos para frecuencias bajas, puesto que si tenemos una antena para altas frecuencias con un conductor muy grueso o sea que su relación longitud diámetro sea muy pequeña ahí si es contraproducente utilizar diámetros muy gruesos.

3.- Como conclusión las antenas de alambre son más económicas, tienen mejor ganancia de acuerdo a lo antes expuesto y la ventaja de las antenas hechas con tubos de aluminio tienen la ventaja de ser mas ligeras en peso que las hechas con tubo de cobre y sobre todo el costo del aluminio es mas barato que el cobre. A partir de este análisis podrás decidir que tipo de material utilizaras para la construcción de tus antenas en función de: 

* Propiedades
* Costo 
* Frecuencia del espectro.

Multiplicador de "Q"

El multiplicador de “Q” es un circuito que se conecta entre las F.I. de un receptor, mejorando la selectividad del aparato. Es útil para rechazar las señales superpuestas ó muy cercanas que interfieren a la señal sintonizada. Se trata de un circuito de baja impedancia de entrada y de salida, lo que permite una sintonía cómoda y una conexión muy simple y fácil de realizar.

El multiplicador de “Q” compensa las pérdidas de un circuito para elevar varias veces su “Q” y hacerlo así muy selectivo. Permite sintonizar las señales muy débiles y hasta imposibles de escuchar por estar muy cercanas a una señal fuerte. El multiplicador de “Q” trabaja como filtro mecánico ó a cristales, permitiendo pasar solamente un canal angosto con la ventaja que este canal puede ser regulado y además como es el caso presente, considerablemente amplificado.

CARACTERÍSTICAS GENERALES:

1-     Entrada y salida de baja impedancia, lo que permite colocar al multiplicador de “Q” en cualquier lugar del receptor, pudiendo tener las conexiones largas.

2-     Banda pasante regulable de 2 a 10 KHz en el canal de F.I.

3-     3 transistores bipolares de silicio.

4-     1 Circuito sintonizado.

5-     Armado sobre circuito impreso.

6-     Montado sobre PCB.

7-     Alimentación de 4,5V a 9V, Consumo de 3 a 5 mA.

8-     Conexión con cables coaxial si es por fuera.

El multiplicador de “Q” esta compuesto de 3 etapas. La primera es el oscilador de 465 KHz que no entra a oscilar, encontrándose en posición crítica al borde de la oscilación, Esta posición se puede regular con un PRESET de 22k. La segunda etapa es un amplificador por emisor y la tercera es el amplificador clásico polarizado por la corriente.

Este multiplicador de “Q” se conecta entre el secundario del segundo transformador de F.I. y la base del último transistor de F.I. de cualquier polaridad.

Es necesario interrumpir la conexión que une al secundario de F.I. con la base del transistor y conservar la polarización de la base. Se intercala el multiplicador de “Q” según la descripción que sigue.

La alimentación del multiplicador de “Q” no es crítica, puede alcanzar cualquier valor entre 4,5 V y 9 V nominales. Se puede utilizar para esto la alimentación del propio receptor, el consumo es entre 3 a 5 mA, de acuerdo la tensión aplicada. Tampoco interesa si el receptor esta armado con transistores de germanio PNP ó de silicio NPN. La única condición es la preservación de la polarización de la base del último transistor de F.I., sobre la cual se conecta la salida del multiplicador de “Q”. Para aclarar este detalle hay que observar los circuitos, donde se conecta el multiplicador de “Q”.

El hecho de que el receptor este armado con transistor PNP ó NPN no tiene otro valor que informativo, porque la polaridad de los transistores y la alimentación no influye para nada en la conexión del multiplicador de “Q” y en su funcionamiento.

La conexión entre el transformador F.I. y la base del transistor tiene en general 2 diferentes formas:

1-     La conexión se encuentra entre el terminal del secundario y la base, polarizándose esta última con un divisor formado por 2 resistencias (R1 y R2) conectadas al otro terminal del mismo secundario del transformador de F.I.

2-     Otra modalidad muestra el secundario conectado con la base por intermedio de un condensador (C1), mientras las resistencias (R1 y R2) están conectadas directamente con la base misma..Conviene aclarar que se puede polarizar con una sola resistencia (polarización con la corriente), especialmente en los transistores NPN de silicio.

En el primer caso:

Hay que efectuar 2 interrupciones en el circuito para poder conectar el multiplicador de “Q” y además cambiar la conexión de las resistencias, conectándola directamente con la misma base, dejando el capacitor en su lugar. Realizada esta simple modificación, recién se conecta la entrada del multiplicador de “Q” sobre el secundario de F.I., y su salida sobre la base del transistor. Después se conectan los cables de alimentación con la fuente del receptor y si hay un gabinete metálico, conviene conectarlo con el chasis (masa) del receptor ó masa general, sin reparar en la polaridad.

En el segundo caso:

La conexión del multiplicador de “Q” es todavía más simple, porque se hace una sola interrupción, sin tocar otra cosa. Después  se procede a la inserción del multiplicador de “Q” conectando la entrada con el condensador C1 y la salida con la base.

Si las conexiones son largas conviene utilizar cable blindado de buena calidad, cuya malla se conecta con el receptor. Así es posible instalar al multiplicador de “Q” hasta afuera del gabinete del receptor con la ventaja de facilidad de ajuste.

Debe saber que el multiplicador de “Q” debe esta blindado en su totalidad, así lo coloque dentro o fuera del receptor.

Calibrar el multiplicador de “Q”

Antes de conectarlo se recomienda calibrar la F.I., utilizando para eso el instrumento ó en su defecto una señal débil de alguna estación de radio alejada. Conviene repasar varias veces la operación, buscando evitar que haya algún punto, donde las F.I. entren en oscilación. Si esto ocurre es menester aplicar ó corregir la neutralización de las etapas, esto es en referencia a los receptores donde puede haber una razonable duda sobre la correcta calibración, cosa que muchos receptores no existe y no es preciso tocarlos.

Ajuste del multiplicador de “Q”

1-     Sintonizar una señal fuerte de onda larga y se busca obtener la máxima salida con el núcleo de la bobina del multiplicador de “Q”.

2-     Después se sintoniza una señal débil y se vuelve ajustar el mismo núcleo con mayor precisión. Si existe un indicador de la portadora (S-METER), es ajusta es más exacto.

3-     Ajuste el núcleo con un destornillador aislado de plástico hasta el punto justo del bloqueo del receptor. Un poco antes de este punto se encuentra la máxima selectividad del multiplicador de “Q”. conviene retirarlo un poco de ese punto crítico para evitar cualquier inestabilidad.

4-     Si hay excesiva amplificación y se percibe un fuerte soplido fuera de la señal, se recomienda interconectar un capacitor de 47 pF a 100 pF entre la salida del multiplicador de “Q” y la base del transistor

5-     Una ves ajustado permite sintonizar las estaciones de onda corta muy débiles que eran prácticamente tapadas por las estaciones fuertes.