| |
¿Como calcularíamos la Potencia Efectiva Radiada de nuestro transmisor?
La potencia máxima efectiva radiada del transmisor, es el fin último de todos los
Radioaficionados. Esto se evidencia por el hecho de que se invierte
tanto esfuerzo y dinero para mejorar el rendimiento del transmisor recurriendo a
dispositivos adaptadores, acopladores, puentes para medir la r.o.e, antenas
direccionales, etc.
Hay muchos factores involucrados en el esfuerzo por conseguir una salida la
mayor posible de RF, algunos son más importantes que otros, pero todos merecen
que nos detengamos para apreciar su incidencia.
¿Como mediríamos la potencia de salida de nuestro
transmisor?
Una de las maneras es usar un vatímetro, otra consistiría en medir la
tensión generada entre los extremos de una carga de 50 Ohm con un voltímetro
usando una punta de prueba de alta frecuencia que funcione en la frecuencia que
nos interese medir la potencia de salida.
Esta tensión medida puede convertirse en potencia de Radio Frecuencia para
la carga de 50 Ohm utilizada calculándola a partir de la siguiente expresión:
W = E2/50 Ohm
Donde la potencia de RF será igual a "E" en Volt (es la tensión
medida sobre la resistencia de carga) elevada al cuadrado (E x E = E2)
dividida por la resistencia de carga de 50 Ohm.
Un método menos preciso para determinar la salida de potencia de RF,
consiste en calcular la potencia de CC (Corriente Continua) que será igual a
multiplicar la Tensión suministrada a la placa o colector del amplificador final de RF expresada en
Volt por la Corriente expresada en Amper.
La medición de estos parámetros debemos hacerla en condiciones de trabajo normales, o sea, el
transmisor debidamente acoplado a la carga, donde el término acoplado refiere a
que la impedancia del transmisor es igual a la de la carga (antena), y esta en
particular, resistiva como veremos más adelante.
Podemos suponer que el rendimiento de los amplificadores a válvulas está
aproximadamente en el orden del 70% de la potencia de continua aplicada a la
placa (no caer en el error de denominar a la potencia de continua de la placa
como potencia de entrada de la válvula), es usual que los fabricantes
proporcionen la potencia de salida de la válvula en determinada condición de
trabajo. Por ejemplo para una válvula 6146 el fabricante proporciona la
siguiente información:
|
Potencia
de disipación de placa (W)
|
Potencia
de disipación de pantalla (W)
|
Tensión
de placa (V)
|
Tensión
de pantalla (V)
|
Tensión
de reja de control (V)
|
Corriente
de placa (mA)
|
Corriente
de pantalla (mA)
|
Corriente
de reja de control (mA)
|
Potencia
de excitación (W)
|
Potencia
de salida (W)
|
25
|
3
|
500
|
170
|
-66
|
135
|
9
|
2,5
|
0,2
|
48
|
25
|
3
|
750
|
160
|
-62
|
120
|
11
|
3,1
|
0,2
|
70
|
Tensión
de placa (V)
|
Corriente
de placa (Amp)
|
Potencia
de CC de placa (W)
|
Potencia
de salida (W)
|
Rendimiento
%
|
500
|
0,135
|
67,5
|
48
|
70
|
750
|
0,120
|
90
|
70
|
77
|
En el caso de los transceptores comerciales transistorizados no se puede
recurrir al método de aproximación presentado para las válvulas ya que son
muy pocos los modelos como el TR7 de Drake o el Atlas 210 que cuentan con
entrada independiente para alimentar la etapa de potencia final.
Por ejemplo un TS-50 de la Kenwood está especificado un consumo de 20,5
Amper para 100 W de potencia de salida en el modo de CW cuando cerramos el
manipulador telegráfico, a 13,8 Volt la potencia que debe entregar la fuente es
283 W por lo que aproximaríamos que la potencia de salida está en el orden del
35% de la potencia consumida, lo cual dista bastante de la realidad que estamos
planteando.
Para mantener todos los cómputos en términos que indiquen la importancia
relativa de cualquier mejora, se usa el dBW que refiere la potencia en estudio a
1 W sobre una carga de 50 Ohm, o dicho de otro modo 0 dBW es igual a 10 log 1 W.
El cambio mínimo en niveles de dB que el oído puede notar es de alrededor
de 3 dB, esto significa duplicar el nivel de potencia. Veamos que pasa con la
6146 si expresáramos en dBW la mal llamada potencia de entrada y la potencia de
salida:
10 log (67,5 W/1 W) = 18,29 dBW 10 log
(48 W/1 W) = 16,8 dBW
10 log (67,5 W/48 W) = 1,49 dB
18,29 dBW - 16,8 dBW = 1,49 dB
10 log (90 W/1 W)) = 19,54 dBW
10 log (70 W/1 W) = 18,45 dBW dB
10 log (90 W/70 W) = 1,09 dB
19,54 dBW - 18,45 dBW = 1,09 dB
Observe que el rendimiento del orden del 70% representa en dB un resultado
muy inferior a los 3 dB necesarios para que el oído pueda notar esa diferencia
por lo que alcanzar el 100% sería una mejora apenas notable.
Pérdidas en la línea de transmisión
La pérdida por atenuación en la línea de transmisión es directamente
proporcional a la longitud de la línea y depende del tipo y calidad del cable
coaxial que se use aumentando con la frecuencia.
A continuación se transcribe la tabla tomada de http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Tabla-cable-coaxial.php
|
Características de los
Cables Coaxiales |
Coaxial |
Ohm |
Factor Veloc |
Aislan. Dieléc. |
Tensión Máx RMS |
pF Por Metro |
Atenuación en dB por cada 100 mts
|
10 Mhz |
50 Mhz |
100 mhz |
200 Mhz |
400 Mhz |
1 Ghz |
3 Ghz |
Diam. en mm |
RG-5 |
50 |
0,66 |
Esp PE |
-------- |
93,50 |
2,72 |
6,23 |
8,85 |
13,50 |
19,40 |
32,15 |
75,50 |
8,30 |
RG-6 |
75 |
0,66 |
Esp PE |
-------- |
61,60 |
2,72 |
6,23 |
8,85 |
13,50 |
19,40 |
32,15 |
75,50 |
8,50 |
RG-8 |
52 |
0,66 |
PE |
4.000 |
97 |
1,80 |
4,27 |
6,23 |
8,86 |
13,50 |
26,30 |
52,50 |
10,30 |
RG-9 |
51 |
0,66 |
PE |
4.000 |
98 |
2,17 |
4,92 |
7,55 |
10,80 |
16,40 |
28,90 |
59,00 |
10,70 |
RG-10 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
100 |
1,80 |
4,25 |
6,25 |
8,85 |
13,50 |
26,30 |
52,50 |
12,00 |
RG-11 |
75 |
0,66 |
Esp PE |
4.000 |
67 |
2,18 |
5,25 |
7,55 |
10,80 |
15,80 |
25,60 |
54,00 |
10,30 |
RG-12 |
75 |
0,66 |
PE |
4.000 |
67 |
2,18 |
5,25 |
7,55 |
10,80 |
15,80 |
25,60 |
54,00 |
12,00 |
RG-13 |
74 |
0,66 |
-------- |
-------- |
67 |
2,18 |
5,25 |
7,55 |
10,80 |
15,80 |
25,60 |
54,00 |
10,70 |
RG-14 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
98,40 |
1,35 |
3,28 |
4,60 |
6,55 |
10,20 |
18,00 |
41,00 |
13,90 |
RG-17 |
52 |
0,66 |
PE |
11.000 |
67 |
0,80 |
2,05 |
3,15 |
4,90 |
7,85 |
14,40 |
31,10 |
22,10 |
RG-18 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
100 |
0,80 |
2,05 |
3,15 |
4,90 |
7,85 |
14,40 |
31,10 |
24,00 |
RG-19 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
100 |
0,55 |
1,50 |
2,30 |
3,70 |
6,05 |
11,80 |
25,30 |
28,50 |
RG-20 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
100 |
0,55 |
1,50 |
2,30 |
3,70 |
6,05 |
11,80 |
25,30 |
30,40 |
RG-21 |
53 |
0,66 |
-------- |
-------- |
98 |
14,40 |
30,50 |
47,70 |
59,00 |
85,30 |
141,00 |
279,00 |
8,50 |
RG-34 |
75 |
0,66 |
-------- |
-------- |
67 |
1,05 |
2,79 |
4,60 |
6,90 |
10,80 |
19,00 |
52,50 |
15,90 |
RG-35 |
75 |
0,66 |
-------- |
-------- |
67 |
0,80 |
1,90 |
2,80 |
4,15 |
6,40 |
11,50 |
28,20 |
24,00 |
RG-55 |
53,50 |
0,66 |
PE |
1.900 |
93 |
3,94 |
10,50 |
15,80 |
23,00 |
32,80 |
54,10 |
100,00 |
5,30 |
RG-58 |
50 |
0,66 |
PE |
1.900 |
93 |
4,60 |
10,80 |
16,10 |
24,30 |
39,40 |
78,70 |
177,00 |
5,00 |
RG-59 |
73 |
0,66 |
PE |
600 |
69 |
3,60 |
7,85 |
11,20 |
16,10 |
23,00 |
39,40 |
87,00 |
6,20 |
RG-74 |
52 |
0,66 |
-------- |
-------- |
98 |
1,35 |
3,28 |
4,59 |
6,56 |
10,70 |
18,00 |
41,00 |
15,70 |
RG-122 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
5,58 |
14,80 |
23,00 |
36,10 |
54,10 |
95,10 |
187,00 |
4,10 |
RG-142 |
50 |
0,70 |
PTFE |
1.900 |
96 |
3,60 |
8,85 |
12,80 |
18,50 |
26,30 |
44,25 |
88,60 |
4,90 |
RG-174 |
50 |
0,66 |
PTFE |
1.500 |
101 |
12,80 |
21,70 |
29,20 |
39,40 |
57,40 |
98,40 |
210,00 |
2,60 |
RG-177 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
0,70 |
2,03 |
3,12 |
4,92 |
7,85 |
14,40 |
31,20 |
22,70 |
RG-178 |
50 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
18,40 |
34,50 |
45,90 |
63,30 |
91,90 |
151,00 |
279,00 |
1,90 |
RG-179 |
75 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
17,40 |
27,90 |
32,80 |
41,00 |
52,50 |
78,70 |
144,00 |
2,50 |
RG-180 |
95 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
10,80 |
15,10 |
18,70 |
24,90 |
35,50 |
55,80 |
115,00 |
3,70 |
RG-187 |
75 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
17,40 |
27,90 |
32,80 |
41,00 |
52,50 |
78,70 |
144,00 |
2,80 |
RG-188 |
50 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
19,70 |
31,50 |
37,40 |
46,60 |
54,80 |
102,00 |
197,00 |
2,80 |
RG-195 |
95 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
10,80 |
15,10 |
18,70 |
24,90 |
35,40 |
55,80 |
115,00 |
3,90 |
RG-196 |
50 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
18,40 |
34,50 |
45,20 |
62,30 |
91,90 |
151,00 |
279,00 |
2,00 |
RG-212 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
2,72 |
6,23 |
8,86 |
13,50 |
19,40 |
32,20 |
75,50 |
8,50 |
RG-213 |
50 |
0,66 |
PE |
5.000 |
101 |
1,80 |
4,30 |
6,25 |
8,85 |
13,50 |
26,30 |
52,50 |
10,30 |
RG-214 |
50 |
0,66 |
PE |
5.000 |
101 |
2,15 |
4,95 |
7,55 |
10,80 |
16,40 |
28,90 |
59,00 |
10,80 |
RG-215 |
50 |
0,66 |
PE |
5.000 |
101 |
1,80 |
4,30 |
8,20 |
8,85 |
13,50 |
26,30 |
52,50 |
10,30 |
RG-216 |
75 |
0,66 |
PE |
5.000 |
67 |
2,15 |
5,25 |
7,55 |
10,80 |
15,80 |
25,60 |
54,10 |
10,80 |
RG-217 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
1,35 |
3,30 |
4,60 |
6,55 |
10,20 |
18,00 |
40,50 |
13,80 |
RG-218 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
96 |
0,80 |
2,05 |
3,10 |
4,90 |
7,85 |
14,40 |
31,20 |
22,10 |
RG-219 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
0,80 |
2,05 |
3,10 |
4,90 |
7,85 |
14,40 |
31,20 |
24,00 |
RG-220 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
96 |
0,55 |
1,50 |
2,30 |
3,70 |
6,10 |
11,80 |
25,50 |
28,50 |
RG-221 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
0,55 |
1,50 |
2,30 |
3,70 |
6,10 |
11,80 |
25,50 |
30,40 |
RG-222 |
50 |
0,66 |
-------- |
-------- |
------ |
14,40 |
30,50 |
42,70 |
59,10 |
85,30 |
141,00 |
279,00 |
8,50 |
RG-223 |
50 |
0,66 |
PE |
1.900 |
101 |
3,95 |
10,50 |
15,80 |
23,00 |
32,80 |
54,10 |
100,00 |
5,40 |
RG-302 |
75 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
1,50 |
4,00 |
10,80 |
15,40 |
22,60 |
41,90 |
85,25 |
5,30 |
RG-303 |
50 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
3,61 |
8,86 |
12,80 |
18,50 |
26,30 |
44,30 |
88,60 |
4,30 |
RG-316 |
50 |
0,69 |
-------- |
-------- |
------ |
19,70 |
31,50 |
37,40 |
46,60 |
54,80 |
102,00 |
197,00 |
2,60 |
NOTAS |
PE = Polietileno |
|
Esp.PE = Espuma de Polietileno |
PTFE = Teflón (Politetrafluoroetileno) |
RG-214 y RG-223 = Con doble
protección (Doble apantallado) |
Comparemos los coaxiales RG-58 y RG-213 usualmente utilizados por los
radioaficionados:
Coaxial |
Ohm |
Factor Veloc |
Aislan. Dieléc. |
Tensión Máx RMS |
pF Por Metro |
Atenuación en dB por cada 100 mts
|
10 Mhz |
50 Mhz |
100 mhz |
200 Mhz |
400 Mhz |
1 Ghz |
3 Ghz |
Diam. en mm |
RG-58 |
50 |
0,66 |
PE |
1.900 |
93 |
4,60 |
10,80 |
16,10 |
24,30 |
39,40 |
78,70 |
177,00 |
5,00
|
RG-213 |
50 |
0,66 |
PE |
5.000 |
101 |
1,80 |
4,30 |
6,25 |
8,85 |
13,50 |
26,30 |
52,50 |
10,30
|
Observe que en ambos coaxiales la atenuación por cada 100 metros aumenta con
la frecuencia.
Observe que la atenuación en el RG-58 es bastante más del doble que en el
RG-213
Tomemos para el RG-58 la atenuación a 10 MHz 0,46 dB por metro
Tomemos para el RG-213 la atenuación a 10 MHz 0,18 dB por metro
Tomemos para una típica instalación de la estación de Radioaficionado una
longitud del cable coaxial de 30 metros.
Para el RG-58 la atenuación a 10 MHz seria 4,6 dB
Para el RG-213 la atenuación a 10 MHz seria 1,8 dB
Las perdidas en el RG-58 a esa longitud y frecuencia están bastante por
encima del valor de 3 dB por lo que la pérdida de potencia se hace notable,
mientras que para el RG-213 al estar muy por debajo pasaría desapercibida.
Esto muestra que la elección del cable coaxial puede constituir una gran
diferencia en el nivel de la señal de transmisión irradiada.
Las pérdidas por reflexión se pueden medir usando un puente de relación de
ondas estacionarias, el lugar correcto para efectuar esta medición es en la
conexión entre la línea de transmisión y la antena.
Las mediciones efectuadas en el extremo del cable que corresponde al
transmisor, aunque válidas son siempre menores, debido a las pérdidas del
cable que atenúan tanto las potencias directas como las reflejadas.
Sobre este tema es recomendable leer un par de artículos impecablemente
desarrollado por Daniel y Miguel publicado en
http://www.qsl.net/lw1ecp/ROE/roe.htm
y http://www.solred.com.ar/lu6etj/tecnicos/roe/roe.htm
respectivamente por lo que tan solo resta plantear algunas recomendaciones
de orden práctico.
No podemos desconocer la incidencia de la impedancia en este
tópico, si la impedancia de salida del transmisor, la del cable y la de antena
son iguales toda la potencia generada es irradiada por la antena, si alguno de
estos componentes difieren en su valor parte de la potencia que llega a la
antena es devuelta al transmisor a través de la línea de transmisión y ni
hablar si no hay coincidencia alguna todo lo que va vuelve sin nada ser
irradiado por la antena y generalmente esta condición coincide con una r.o.e
que tiende a infinito.
Más allá de las causas y de las verdades sobre la r.o.e. un
paseo por http://www.bessernet.com/Ereflecto/tutorialFrameset.htm
puede que nos aclare dudas o las riegue y crezcan sin detenerse hasta
sumergirnos en las mayores y profundas dudas.
Las
magnitudes de
r.o.e,
Pérdida
de retorno
en dB
y potencia
reflejada
en %
están
relacionadas,
y se
puede convertir en uno
al otro,
utilizando
las fórmulas
o tablas
que se detallan a
continuación.
Relacionando
las tensiones máximas y mínimas:
r.o.e
= Vmax / Vmin
Relacionando la potencia directa y reflejada:
Perdidas por retorno en dB
= 10 Log (Potencia reflejada / Potencia directa)
Potencia reflejada en % =
100 (potencia reflejada / Potencia directa)
|
r.o.e |
Perdidas por retorno (dB) |
Potencia reflejada (%) |
1:1 |
00 |
0 |
1,1:1 |
26,44 |
0,228 |
1,2:1 |
20,83 |
0,816 |
1,3:1 |
17,69 |
1,71 |
1,4:1 |
15,56 |
2,78 |
1,5:1 |
13,98 |
4 |
1,6:1 |
12,74 |
5,5 |
1,7:1 |
11,73 |
6,8 |
1,8:1 |
10,88 |
8,2 |
1,9:1 |
10,16 |
9,6 |
2,0:1 |
9,54 |
11 |
3,0:1 |
6,02 |
4,9 |
4,0:1 |
4,44 |
36 |
5,0:1 |
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6,0:1 |
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00:1 |
0 |
100 |
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